JP2006020279A - Image pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射光量に応じた電気信号を発生する撮像センサを具備する撮像装置に関し、特に、その光電変換特性として入射光量に対して前記電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とを備えている(線形特性の動作と対数特性の動作とが切り替え可能とされている)撮像センサを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus including an imaging sensor that generates an electrical signal corresponding to an incident light quantity, and in particular, as a photoelectric conversion characteristic thereof, a linear characteristic in which the electrical signal is linearly converted with respect to an incident light quantity and output. An image sensor that includes a region and a logarithmic characteristic region in which the electrical signal is logarithmically converted with respect to the amount of incident light (a linear characteristic operation and a logarithmic characteristic operation can be switched) The present invention relates to an image pickup apparatus using the.
従来、フォトダイオード等の光電変換素子をマトリクス状に配置してなる固体撮像素子に、MOSFET等を備えた対数変換回路を付加し、前記MOSFETのサブスレッショルド特性を利用することで、固体撮像素子の出力特性を入射光量に対して電気信号が対数的に変換されるようにした撮像センサ(「LOGセンサ」とも呼ばれている)が知られている。このような撮像センサにおいて、固体撮像素子本来の出力特性、すなわち入射光量に応じて電気信号が線形的に変換されて出力される線形動作状態と、前述の対数動作状態とを切り替えることが可能とされた撮像センサが知られている。 Conventionally, by adding a logarithmic conversion circuit having a MOSFET or the like to a solid-state image pickup device in which photoelectric conversion elements such as photodiodes are arranged in a matrix, and utilizing the sub-threshold characteristics of the MOSFET, An imaging sensor (also referred to as “LOG sensor”) is known in which an electrical signal is logarithmically converted with respect to an incident light amount as an output characteristic. In such an image sensor, it is possible to switch between a linear operation state in which an electrical signal is linearly converted and output according to the original output characteristics of a solid-state image sensor, that is, an incident light amount, and the logarithmic operation state described above. An image sensor is known.
例えば特許文献1では、MOSFETに特定のリセット電圧を与えることで、線形動作状態から対数動作状態へ自動的に切り替え可能とすると共に、前記各画素の前記切り替え点を等しくした撮像装置が開示されている。また特許文献2にも、線形動作状態から対数動作状態へ自動的に切り替え可能とすると共に、MOSFETのリセット時間を調整することでMOSFETのポテンシャル状態を調整可能とした撮像装置が開示されている。
For example,
ところで、撮像センサを線形動作状態で用いた場合、光電変換素子で発生した電荷量に比例した出力が得られることから、低輝度の被写体でも高コントラストな(高い階調性を有した)画像信号が得られる等の利点がある反面、ダイナミックレンジが狭くなってしまうという不都合がある。一方、撮像センサを対数動作状態で用いた場合、入射光量に対して自然対数的に変換された出力が得られることから、広いダイナミックレンジが確保できるという利点がある反面、画像信号が対数圧縮されることからコントラスト性が悪くなるという不都合がある。
前記特許文献1及び特許文献2に係る撮像装置は、撮像センサを線形動作状態から対数動作状態へ自動的に切り替え可能とすることを開示しているに止まる。しかしながら、上述の線形動作状態及び対数動作状態の長所並びに短所に鑑みた場合、単に自動切り替えさせるだけでなく、それぞれの動作状態が備える長所を積極的に活用して撮像動作を行わせる構成とすることが望ましいと言える。例えば自動露光制御を行う場合においても、ターゲットとなる被写体の輝度と、撮像センサの線形動作状態から対数動作状態への切り替り点とを関連付けてその制御を行えば、専ら各動作状態が備える長所を活用した最適な自動露光制御を行い得る可能性がある。
The imaging devices according to
従って本発明は、撮像装置の露出制御を、当該撮像装置が備える撮像センサの光電変換特性と関連づけて行うことで、被写体からの光量(被写体輝度)に応じて、被写体を最適な露光状態で且つ所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができ、さらには、撮影における各状況に応じて、露光量(制御)かダイナミックレンジ(制御)かのいずれかに重きを置いて露出制御を行いたいといった場合にも対応できる、より自由度の高い露出制御を行うことが可能な撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, the exposure control of the imaging device is performed in association with the photoelectric conversion characteristics of the imaging sensor included in the imaging device, so that the subject is in an optimal exposure state according to the amount of light from the subject (subject brightness). Images can be taken with a predetermined dynamic range secured, and exposure control is performed with emphasis placed on either exposure (control) or dynamic range (control) depending on the situation during shooting. An object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of performing exposure control with a higher degree of freedom, which can cope with a case where the user wants to.
本発明の請求項1にかかる撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を発生すると共に、その光電変換特性が入射光量に対して前記電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とを備える撮像センサと、被写体から得られる輝度情報に基づいて、被写体を撮像するに際しての露出評価値を検出する露出評価値検出手段と、前記露出評価値検出手段により検出された露出評価値に基づいて露出設定用の被写体輝度を定め、当該撮像装置の露出制御を行う露出制御手段であって、撮像センサに対する露光量を制御する露光量制御手段と、撮像センサの光電変換特性を制御するダイナミックレンジ制御手段とを備える露出制御手段と、前記露光量制御手段による露光量制御と、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とのいずれかを優先させることを示す優先順位を設定する優先順位設定手段とを備えることを特徴とする。
The imaging device according to
この構成によれば、被写体の輝度情報に基づいて露出評価値検出手段により露出評価値が検出され、この露出評価値を用いて、光電変換特性に基づき、露光量制御手段による露光量制御が行われると共にダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御が行われることによって露出制御が行われる。優先順位設定手段には、これら露光量制御手段による露光量制御と、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とのいずれかを優先させることを示す優先順位が設定される。このように、撮像装置が備える撮像センサの光電変換特性と関連付けて、露光量制御手段による露光量制御とダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とが行われると共に、当該優先順位に応じた露光量制御とダイナミックレンジ制御とによる撮像装置の露出制御が可能となるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で且つ所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができ、さらには、撮影における各状況に応じて、露光量(制御)かダイナミックレンジ(制御)かのいずれかに重きを置いて露出制御を行いたいといった場合にも対応することができる、より自由度の高い露出制御が可能な撮像装置を提供することができる。 According to this configuration, the exposure evaluation value is detected by the exposure evaluation value detection unit based on the luminance information of the subject, and the exposure amount control by the exposure amount control unit is performed based on the photoelectric conversion characteristics using the exposure evaluation value. In addition, exposure control is performed by performing dynamic range control by the dynamic range control means. In the priority order setting means, a priority order indicating that priority is given to either the exposure amount control by the exposure amount control means or the dynamic range control by the dynamic range control means is set. As described above, the exposure amount control by the exposure amount control unit and the dynamic range control by the dynamic range control unit are performed in association with the photoelectric conversion characteristics of the image sensor included in the imaging apparatus, and the exposure amount control according to the priority order is performed. And exposure control of the imaging device by dynamic range control is possible, so that the subject can be imaged in an optimal exposure state and a predetermined dynamic range is secured according to the subject brightness, and further, shooting can be performed. Depending on each situation, exposure control with a higher degree of freedom can be handled even if you want to perform exposure control with emphasis on either exposure amount (control) or dynamic range (control). A possible imaging device can be provided.
ここで、本発明で言う「露出制御(以下、適宜「AE制御」という)」の概念に関する定義につき、図6に基づいて説明しておく。いわゆる銀塩カメラと異なり、デジタルカメラやデジタルムービィ等の撮像装置においては、AE制御のための制御要素としては、撮像センサの光電変換特性に関連づけて(光電変換特性を作為的に変化させて)制御する方法と、撮像センサの撮像面に届く光の総量と光電変換後の光電変換電流の積分時間を調整する方法とがある。本明細書では、前者を「ダイナミックレンジ制御」と呼び、後者を「露光量制御」と呼ぶものとする。なお、前記「ダイナミックレンジ制御」は、例えば撮像センサの線形特性領域と対数特性領域との切り替わり点(以下、変曲点という)を制御することで実行される。また、前記「露光量制御」は、例えば絞りの開口量調整や、或いはメカニカルシャッタのシャッタスピードの調整、又は撮像センサに対するリセット動作の制御による電荷の積分時間制御により実行される。 Here, the definition relating to the concept of “exposure control” (hereinafter referred to as “AE control” as appropriate) in the present invention will be described with reference to FIG. Unlike so-called silver-salt cameras, in imaging devices such as digital cameras and digital movies, the control element for AE control is related to the photoelectric conversion characteristics of the image sensor (by changing the photoelectric conversion characteristics artificially). There is a method of controlling and a method of adjusting the total amount of light reaching the imaging surface of the imaging sensor and the integration time of the photoelectric conversion current after photoelectric conversion. In the present specification, the former is called “dynamic range control” and the latter is called “exposure amount control”. The “dynamic range control” is executed, for example, by controlling a switching point (hereinafter referred to as an inflection point) between a linear characteristic region and a logarithmic characteristic region of the imaging sensor. The “exposure amount control” is executed, for example, by adjusting the aperture amount of the aperture, adjusting the shutter speed of the mechanical shutter, or controlling the integration time of charges by controlling the reset operation of the image sensor.
請求項2にかかる撮像装置は、請求項1において、前記優先順位は、露光量制御手段による露光量制御パラメータの算出と、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御パラメータの算出とのいずれかを優先させることを示すものであって、前記優先順位設定手段は、前記露光量制御パラメータの算出を優先させる優先順位を設定し、前記露出制御手段は、優先順位設定手段に設定された当該優先順位に基づいて、順に、露光量制御手段による露光量制御パラメータの算出、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行うことを特徴とする。この構成によれば、優先順位設定手段に露光量制御パラメータの算出を優先させる優先順位の情報が設定され、この設定に基づいて、先ず露光量制御パラメータの算出が優先して行われ、この次にダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、露光量(制御)により重きを置きつつ、すなわち所望の露光量の確保を優先しつつ、所要の(例えば最低限必要な)ダイナミックレンジの確保も行うといった露出制御が可能となる。 The imaging apparatus according to a second aspect is the imaging device according to the first aspect, wherein the priority is given to either the calculation of the exposure amount control parameter by the exposure amount control unit or the calculation of the dynamic range control parameter by the dynamic range control unit. The priority order setting means sets a priority order for giving priority to the calculation of the exposure amount control parameter, and the exposure control means is based on the priority order set in the priority order setting means. Thus, the exposure amount control parameter is calculated by the exposure amount control unit, and the dynamic range control parameter is calculated by the dynamic range control unit. According to this configuration, priority order information that prioritizes the calculation of the exposure amount control parameter is set in the priority order setting unit, and based on this setting, the calculation of the exposure amount control parameter is performed first. Since the calculation of the dynamic range control parameter is performed, the required (for example, the minimum required) dynamic range is also secured while placing importance on the exposure amount (control), that is, giving priority to securing the desired exposure amount. Such exposure control is possible.
請求項3にかかる撮像装置は、請求項1において、前記優先順位は、露光量制御手段による露光量制御パラメータの算出と、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御パラメータの算出とのいずれかを優先させることを示すものであって、前記優先順位設定手段は、前記ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる優先順位を設定し、前記露出制御手段は、優先順位設定手段に設定された当該優先順位に基づいて、順に、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御パラメータの算出、露光量制御手段による露光量制御パラメータの算出を行うことを特徴とする。この構成によれば、優先順位設定手段にダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる優先順位の情報が設定され、この設定に基づいて、先ずダイナミックレンジ制御パラメータの算出が優先して行われ、この次に露光量制御パラメータの算出が行われるため、ダイナミックレンジ(制御)により重きを置きつつ、すなわち所望のダイナミックレンジの確保を優先しつつ、所要の(例えば最低限必要な)露光量の確保も行うといった露出制御が可能となる。 An imaging apparatus according to a third aspect of the present invention is the imaging device according to the first aspect, wherein the priority is given to either the calculation of the exposure amount control parameter by the exposure amount control means or the calculation of the dynamic range control parameter by the dynamic range control means. The priority order setting means sets a priority order for giving priority to the calculation of the dynamic range control parameter, and the exposure control means is based on the priority order set in the priority order setting means. Thus, the dynamic range control parameter is calculated by the dynamic range control means, and the exposure amount control parameter is calculated by the exposure amount control means. According to this configuration, priority order information that prioritizes the calculation of the dynamic range control parameter is set in the priority order setting means, and based on this setting, the calculation of the dynamic range control parameter is performed first, followed by Since the exposure amount control parameter is calculated, the required (for example, the minimum necessary) exposure amount is also secured while placing importance on the dynamic range (control), that is, giving priority to securing the desired dynamic range. Such exposure control is possible.
請求項4にかかる撮像装置は、請求項2において、前記露光量制御手段は、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサの出力レベルが前記線形特性領域において所定の目標出力レベル(Vtarget)となる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する露光量制御パラメータとしての露光量設定値を算出し、前記ダイナミックレンジ制御手段は、前記露光量制御手段による露光量設定値の算出後、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサの出力レベルが所定の飽和出力レベル(Vmax)となる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応するダイナミックレンジ制御パラメータとしての光電変換特性設定値を算出することを特徴とする。この構成によれば、先ず、線形特性領域において露光量設定用の或る被写体輝度に対する撮像センサの出力レベルが、所定の目標出力レベルとなるように露光量の制御が行われるため、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所望の露光量を優先して確保することができると共に、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(例えば最大被写体輝度)に対する撮像センサの出力レベルが飽和出力レベルとなるように、すなわち被写体輝度(被写体輝度の範囲)に対するセンサ出力が撮像センサの出力レベル範囲に入るように、所要のダイナミックレンジ(被写体輝度の範囲)の確保を図ることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the imaging apparatus according to the second aspect, wherein the exposure amount control means is configured such that the output level of the image sensor with respect to the subject luminance (Lt1) for setting the exposure amount is a predetermined target output level (Vtarget) in the linear characteristic region. ) And an exposure amount setting value as an exposure amount control parameter corresponding to the calculated photoelectric conversion property, and the dynamic range control means sets the exposure amount setting by the exposure amount control means. After the value is calculated, a photoelectric conversion characteristic is obtained in which the output level of the imaging sensor with respect to the subject luminance for setting the dynamic range (Lm20) becomes a predetermined saturation output level (Vmax), and a dynamic corresponding to the calculated photoelectric conversion characteristic is calculated. A photoelectric conversion characteristic setting value as a range control parameter is calculated. According to this configuration, first, the exposure amount is controlled so that the output level of the imaging sensor with respect to a certain subject luminance for exposure amount setting in the linear characteristic region becomes a predetermined target output level. It is possible to preferentially secure a desired exposure amount in imaging in a linear characteristic region where a high-contrast image signal can be obtained even for a subject, and output of an imaging sensor for subject luminance for dynamic range setting (for example, maximum subject luminance) It is possible to secure a required dynamic range (subject luminance range) so that the level becomes the saturation output level, that is, the sensor output corresponding to the subject luminance (subject luminance range) falls within the output level range of the imaging sensor. it can.
請求項5にかかる撮像装置は、請求項4において、前記ダイナミックレンジ制御手段は、算出により得られる光電変換特性の変曲点における変曲点出力レベル(Vth2)が、予め設定された所定の比較用出力レベル(Vlimit)を下回らないようにダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行うことを特徴とする。この構成によれば、ダイナミックレンジ制御手段によって、変曲点出力レベルが比較用出力レベル以上となるようにダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、露光量制御を行った後の(露光量制御パラメータ算出後の)、ダイナミックレンジ制御(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出)によって、先の露光量制御において優先的に確保した露光量が損なわれてしまう、すなわち、上記の露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサの出力レベルが目標出力レベル(Vtarget)となる露光量が確保できなくなるといったことを防止でき、露光量制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the imaging apparatus according to the fourth aspect, wherein the dynamic range control means is configured such that the inflection point output level (Vth2) at the inflection point of the photoelectric conversion characteristic obtained by the calculation is a predetermined comparison set in advance. The dynamic range control parameter is calculated so as not to fall below the output level (Vlimit). According to this configuration, the dynamic range control parameter is calculated by the dynamic range control means so that the inflection point output level is equal to or higher than the comparison output level. The exposure amount preferentially secured in the previous exposure amount control is lost by dynamic range control (calculation of the dynamic range control parameter) after the parameter calculation, that is, the above-described subject luminance (for setting the exposure amount) It is possible to prevent the exposure amount at which the output level of the image sensor with respect to Lt1) becomes the target output level (Vtarget) from being secured, and it is possible to perform exposure control with priority given to exposure amount control.
請求項6にかかる撮像装置は、請求項3において、前記ダイナミックレンジ制御手段は、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサの出力レベルが、当該優先順位におけるダイナミックレンジ設定用に仮設定された所定の仮飽和出力レベル(Vmax1)となる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応するダイナミックレンジ制御パラメータとしての光電変換特性設定値を算出し、前記露光量制御手段は、前記ダイナミックレンジ制御手段による光電変換特性設定値の算出後、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサの出力レベルが前記線形特性領域において所定の目標出力レベル(Vtarget)となる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する露光量制御パラメータとしての露光量設定値を算出することを特徴とする。この構成によれば、先ず、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(例えば最大被写体輝度)に対する撮像センサの出力レベルが所定の仮飽和出力レベル(後続の露光量制御において当該仮飽和出力レベルが変化することを想定して仮に設定している)となるように、すなわち被写体輝度(被写体輝度の範囲)に対するセンサ出力が撮像センサの出力レベル範囲に入るように、所望のダイナミックレンジを優先して確保することができると共に、線形特性領域において露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力レベルが所定の目標出力レベルとなるように露光量の制御が行われ、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所要の露光量の確保を図ることができる。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the imaging apparatus according to the third aspect, wherein the dynamic range control means temporarily sets the output level of the imaging sensor for the dynamic range setting subject luminance (Lm20) for the dynamic range setting in the priority order. The photoelectric conversion characteristic that becomes the predetermined temporary saturation output level (Vmax1) is calculated, the photoelectric conversion characteristic setting value as the dynamic range control parameter corresponding to the calculated photoelectric conversion characteristic is calculated, and the exposure amount control means After the calculation of the photoelectric conversion characteristic setting value by the dynamic range control means, the photoelectric level at which the output level of the image sensor with respect to the subject luminance (Lt1) for setting the exposure amount becomes a predetermined target output level (Vtarget) in the linear characteristic region. In addition to calculating the conversion characteristics, the calculated photoelectric conversion characteristics And calculating the exposure amount setting value as a corresponding exposure amount control parameter. According to this configuration, first, the output level of the imaging sensor with respect to the subject brightness for dynamic range setting (for example, the maximum subject brightness) is a predetermined provisional saturation output level (the provisional saturation output level changes in the subsequent exposure amount control). , Assuming that the desired dynamic range is preferentially secured so that the sensor output for the subject brightness (subject brightness range) falls within the output level range of the image sensor. In addition, the exposure amount is controlled so that the output level of the imaging sensor with respect to the subject brightness for exposure amount setting is a predetermined target output level in the linear characteristic region, and a high-contrast image signal can be obtained even for a low-luminance subject. It is possible to secure a required exposure amount in imaging in the obtained linear characteristic region.
請求項7にかかる撮像装置は、請求項6において、前記露光量制御手段は、算出により得られる光電変換特性における前記ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサの比較用出力レベル(Vmax2)が、所定の飽和出力レベル(Vmax)を上回らないように露光量制御パラメータの算出を行うことを特徴とする。この構成によれば、露光量制御手段によって、比較用出力レベルが飽和出力レベル以下となるように露光量制御パラメータの算出が行われるため、ダイナミックレンジ制御を行った後の(ダイナミックレンジ制御パラメータ算出後の)、露光量制御(露光量制御パラメータの算出)によって、先のダイナミックレンジ制御によって優先的に確保したダイナミックレンジが損なわれて(狭くなって)しまう、すなわち、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサの出力レベルが飽和出力レベル(Vmax)をオーバーしてしまい、撮像センサの出力レベル範囲を最大限利用したより広いダイナミックレンジの確保ができなくなるといったことを防止でき、ダイナミックレンジ制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the imaging device according to the sixth aspect, wherein the exposure amount control means compares the output level (Vmax2) of the imaging sensor with respect to the subject luminance (Lm20) for setting the dynamic range in the photoelectric conversion characteristics obtained by calculation. ) Is calculated such that the exposure amount control parameter does not exceed a predetermined saturation output level (Vmax). According to this configuration, the exposure amount control parameter is calculated by the exposure amount control means so that the comparison output level is equal to or lower than the saturation output level. Therefore, after the dynamic range control is performed (calculation of the dynamic range control parameter Later, exposure control (calculation of exposure control parameters) will damage (narrow) the dynamic range preferentially secured by the previous dynamic range control, that is, subject brightness for dynamic range setting. It can be prevented that the output level of the image sensor with respect to (Lm20) exceeds the saturation output level (Vmax), and it becomes impossible to secure a wider dynamic range using the output level range of the image sensor to the maximum. Ensure exposure control that prioritizes control It is possible.
請求項8にかかる撮像装置は、請求項2において、前記撮像センサは、対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成されたものであって、絞り装置をさらに備え、前記露光量制御手段は、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量を制御する絞り制御手段及び/又は撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量を制御する露光時間制御手段を備え、前記優先順位設定手段は、絞り制御手段による絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御手段による露光時間制御パラメータの算出を示す露光量制御パラメータの算出を優先させる優先順位を設定し、前記露出制御手段は、それぞれ独立して露出制御可能に構成された絞り制御手段及び/又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段による露出制御において、前記優先順位設定手段により設定された優先順位に基づき、順に、前記絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出、前記ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行うことを特徴とする。 An imaging apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the imaging apparatus according to the second aspect, wherein the imaging sensor is configured to be able to perform photoelectric conversion in a logarithmic characteristic region without depending on an exposure time. The exposure amount control means further includes an aperture control means for controlling the exposure amount based on an aperture setting value relating to adjustment of an aperture opening area for the aperture device and / or an exposure time setting value relating to adjustment of an exposure time for the imaging sensor. Exposure time control means for controlling the exposure amount, wherein the priority order setting means is an exposure control parameter for indicating calculation of an aperture control parameter by the aperture control means and / or calculation of an exposure time control parameter by the exposure time control means. A priority order for giving priority to the calculation is set, and the exposure control means includes an aperture control means configured to be able to control exposure independently, and / or In the exposure control by the exposure time control means and the dynamic range control means, the aperture control parameter calculation and / or the exposure time control parameter calculation are sequentially performed based on the priority set by the priority setting means. A range control parameter is calculated.
この構成によれば、撮像センサが対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成され、露光量制御手段が備える絞り制御手段によって、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量が制御され、また露光量制御手段が備える露光時間制御手段によって、撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量が制御される。そして優先順位設定手段によって、絞り制御手段による絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御手段による露光時間制御パラメータの算出を示す露光量制御パラメータの算出を優先させる優先順位が設定され、露出制御手段によって、それぞれ独立して露出制御可能に構成された絞り制御手段及び/又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段による露出制御において、優先順位設定手段により設定された優先順位に基づき、順に、前記絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出、前記ダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われる。このように、撮像センサの(対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという)光電変換特性と関連付けて、所定の優先順位に基づき、順に、絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、絞り制御及び/又は露光時間制御による露光量制御に重きを置いて露出制御を行いたいといった場合にも対応することができ、さらに当該ダイナミックレンジ制御より優先させた露光量制御においても、絞り制御及び/又は露光時間制御に対する優先順位を設定することができ(何れか一方の制御にて露光量制御を行う場合には優先順位の設定はなされない)、より自由度の高い、また当該優先順位に応じた効率の良い露出制御が可能となる撮像装置を提供することができる。 According to this configuration, the imaging sensor is configured to be able to execute photoelectric conversion in the logarithmic characteristic region without depending on the exposure time, and the aperture control unit included in the exposure amount control unit can reduce the aperture opening area with respect to the aperture device. The exposure amount is controlled based on the aperture setting value relating to the adjustment, and the exposure amount is controlled based on the exposure time setting value relating to the adjustment of the exposure time for the image sensor by the exposure time control means provided in the exposure amount control means. The priority setting means sets a priority order for giving priority to the calculation of the exposure control parameter indicating the calculation of the aperture control parameter by the aperture control means and / or the calculation of the exposure time control parameter by the exposure time control means, and the exposure control means. In the exposure control by the aperture control means and / or the exposure time control means and the dynamic range control means configured to be able to control the exposure independently of each other, in order based on the priority set by the priority setting means The aperture control parameter and / or exposure time control parameter and the dynamic range control parameter are calculated. In this way, in association with the photoelectric conversion characteristic of the image sensor (photoelectric conversion in the logarithmic characteristic region is performed without depending on the exposure time), the aperture control parameter is calculated and / or sequentially based on a predetermined priority order. Or, since exposure time control parameters and dynamic range control parameters are calculated, it is possible to handle exposure control with emphasis on aperture control and / or exposure amount control by exposure time control. Furthermore, in the exposure amount control prioritized over the dynamic range control, the priority order for the aperture control and / or the exposure time control can be set (priority when the exposure amount control is performed by either one of the controls). The imaging apparatus is capable of performing exposure control with higher degree of freedom and efficient efficiency according to the priority order. It is possible to provide.
請求項9にかかる撮像装置は、請求項8において、前記ダイナミックレンジ制御手段は、算出により得られる光電変換特性の変曲点における変曲点出力レベル(Vth2)が、予め設定された所定の比較用出力レベル(Vlimit)を下回らないようにダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行うことを特徴とする。この構成によれば、ダイナミックレンジ制御手段によって、変曲点出力レベルが比較用出力レベル以上となるようにダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、所定の優先順位に応じて、順に、絞り制御及び/又は露光時間制御、ダイナミックレンジ制御の各制御が行われる場合であっても、露光量制御を行った後の(絞り制御パラメータ及び/又は露光時間制御パラメータ算出後の)、ダイナミックレンジ制御(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出)によって、先の露光量制御において優先的に確保した露光量が損なわれてしまう、すなわち、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサの出力レベルが目標出力レベル(Vtarget)となる露光量が確保できなくなるといったことを防止でき、露光量制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。 An imaging apparatus according to a ninth aspect is the imaging device according to the eighth aspect, wherein the dynamic range control means has a predetermined comparison in which an inflection point output level (Vth2) at an inflection point of photoelectric conversion characteristics obtained by calculation is set in advance. The dynamic range control parameter is calculated so as not to fall below the output level (Vlimit). According to this configuration, since the dynamic range control parameter is calculated by the dynamic range control means so that the inflection point output level is equal to or higher than the comparison output level, the aperture control is sequentially performed according to the predetermined priority order. And / or dynamic range control (after aperture control parameter and / or exposure time control parameter calculation) after exposure amount control (even when exposure time control and dynamic range control are performed). The calculation of the dynamic range control parameter) impairs the exposure amount preferentially secured in the previous exposure amount control, that is, the output level of the image sensor with respect to the subject brightness (Lt1) for setting the exposure amount is the target output level. (Vtarget) can be prevented from being unable to secure an exposure amount, exposure, The exposure control which gives priority control can be reliably performed.
請求項10にかかる撮像装置は、請求項3において、前記撮像センサは、対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成されたものであって、絞り装置をさらに備え、前記露光量制御手段は、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量を制御する絞り制御手段及び/又は撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量を制御する露光時間制御手段を備え、前記優先順位設定手段は、絞り制御手段による絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御手段による露光時間制御パラメータの算出を示す露光量制御パラメータの算出よりもダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる優先順位を設定し、前記露出制御手段は、それぞれ独立して露出制御可能に構成された絞り制御手段及び/又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段による露出制御において、前記優先順位設定手段により設定された優先順位に基づき、順に、前記ダイナミックレンジ制御パラメータの算出、前記絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出を行うことを特徴とする。 An imaging apparatus according to a tenth aspect is the imaging apparatus according to the third aspect, wherein the imaging sensor is configured to be able to execute photoelectric conversion in a logarithmic characteristic region without depending on an exposure time. The exposure amount control means further includes an aperture control means for controlling the exposure amount based on an aperture setting value relating to adjustment of an aperture opening area for the aperture device and / or an exposure time setting value relating to adjustment of an exposure time for the imaging sensor. Exposure time control means for controlling the exposure amount, wherein the priority order setting means is an exposure control parameter indicating the calculation of the aperture control parameter by the aperture control means and / or the calculation of the exposure time control parameter by the exposure time control means. Priority is given to calculation of dynamic range control parameters over calculation, and the exposure control means are independent of each other. In the exposure control by the aperture control means and / or exposure time control means and the dynamic range control means configured to be capable of exposure control, the dynamic range control parameters are sequentially set based on the priority set by the priority setting means. , Calculating the aperture control parameter and / or calculating the exposure time control parameter.
この構成によれば、撮像センサが対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成され、露光量制御手段が備える絞り制御手段によって、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量が制御され、また露光量制御手段が備える露光時間制御手段によって、撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量が制御される。そして優先順位設定手段によって、絞り制御手段による絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御手段による露光時間制御パラメータの算出を示す露光量制御パラメータの算出よりもダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる優先順位が設定され、露出制御手段によって、それぞれ独立して露出制御可能に構成された絞り制御手段及び/又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段による露出制御において、優先順位設定手段により設定された優先順位に基づき、順に、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出、絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出が行われる。このように、撮像センサの(対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという)光電変換特性と関連付けて、所定の優先順位に基づき、順に、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出、絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出が行われるため、ダイナミックレンジ制御に重きを置いて露出制御を行いたいといった場合にも対応することができ、さらに当該ダイナミックレンジ制御より後に実行する露光量制御においても、絞り制御及び/又は露光時間制御に対する優先順位を設定することができ(何れか一方の制御にて露光量制御をおこなう場合には優先順位の設定はなされない)、より自由度の高い、また当該優先順位に応じた効率の良い露出制御が可能となる撮像装置を提供することができる。 According to this configuration, the imaging sensor is configured to be able to execute photoelectric conversion in the logarithmic characteristic region without depending on the exposure time, and the aperture control unit included in the exposure amount control unit can reduce the aperture opening area with respect to the aperture device. The exposure amount is controlled based on the aperture setting value relating to the adjustment, and the exposure amount is controlled based on the exposure time setting value relating to the adjustment of the exposure time for the image sensor by the exposure time control means provided in the exposure amount control means. The priority setting means gives priority to the calculation of the dynamic range control parameter over the calculation of the exposure amount control parameter indicating the calculation of the aperture control parameter by the aperture control means and / or the calculation of the exposure time control parameter by the exposure time control means. In the exposure control by the aperture control means and / or the exposure time control means and the dynamic range control means, which are configured so that the exposure control means can independently control the exposure by the exposure control means. Based on the priority order, calculation of the dynamic range control parameter, calculation of the aperture control parameter, and / or calculation of the exposure time control parameter are sequentially performed. In this way, in association with the photoelectric conversion characteristics of the image sensor (photoelectric conversion in the logarithmic characteristic area is performed without depending on the exposure time), the dynamic range control parameter is calculated in order based on a predetermined priority order. Since aperture control parameter calculation and / or exposure time control parameter calculation are performed, it is possible to handle exposure control with emphasis on dynamic range control, and to be executed after the dynamic range control. In the exposure amount control to be performed, the priority order for the aperture control and / or the exposure time control can be set (the priority order is not set when the exposure amount control is performed by any one of the controls). It is possible to provide an imaging device that has a high degree of freedom and that enables efficient exposure control according to the priority order. That.
請求項11にかかる撮像装置は、請求項10において、前記露光量制御手段は、算出により得られる光電変換特性におけるダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサの比較用出力レベル(Vmax2)が、撮像センサの飽和出力レベル(Vmax)を上回らないように露光量制御パラメータの算出を行うことを特徴とする。この構成によれば、露光量制御手段によって、比較用出力レベルが飽和出力レベル以下となるように露光量制御パラメータの算出が行われるため、所定の優先順位に応じて、順に、ダイナミックレンジ制御、絞り制御及び/又は露光時間制御の各制御が行われる場合であっても、ダイナミックレンジ制御を行った後の(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出後の)、露光量制御(絞り制御パラメータ及び/又は露光時間制御パラメータ算出)によって、先のダイナミックレンジ制御において優先的に確保したダイナミックレンジが損なわれてしまう、すなわち、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサの出力レベルが飽和出力レベル(Vmax)をオーバーしてしまい、撮像センサの出力レベル範囲を最大限利用したより広いダイナミックレンジの確保ができなくなるといったことを防止でき、ダイナミックレンジ制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。 An imaging apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is the imaging apparatus according to the tenth aspect, wherein the exposure amount control means compares the output level (Vmax2) of the imaging sensor with respect to the subject luminance (Lm20) for setting the dynamic range in the photoelectric conversion characteristics obtained by the calculation. However, the exposure amount control parameter is calculated so as not to exceed the saturation output level (Vmax) of the image sensor. According to this configuration, since the exposure amount control parameter is calculated by the exposure amount control means so that the comparison output level is equal to or lower than the saturation output level, the dynamic range control, in order according to the predetermined priority order, Even when each of the aperture control and / or exposure time control is performed, exposure amount control (aperture control parameter and / or exposure) after dynamic range control (after calculation of dynamic range control parameters) is performed. The dynamic range preferentially secured in the previous dynamic range control is impaired by the time control parameter calculation, that is, the output level of the image sensor with respect to the subject luminance (Lm20) for setting the dynamic range is the saturation output level (Vmax). ) Over and the imaging sensor output level range is Securing a wide dynamic range than the limited use can be prevented such that can not, it is possible to reliably exposure control which gives priority to the dynamic range control.
請求項12にかかる撮像装置は、請求項8〜11のいずれかにおいて、前記撮像センサは、入射光に対して光電流を発生させるフォトダイオードからの電荷を蓄積して該電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンと、該フローティングディフュージョンに対するリセットバイアス印加用のトランジスタとを備え、該トランジスタのゲート電圧がハイ電位及びロー電位間の中電位に設定されることで前記線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号を出力することを特徴とする。この構成によれば、撮像センサにフローティングディフュージョンとリセットバイアス印加用のトランジスタとが備えられ、該トランジスタのゲート電圧が中電位に設定されることで線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号が出力されるため、簡易な構成による撮像センサを用いて、線形特性領域及び対数特性領域を有する光電変換特性を得ることが可能となると共に、露出制御に関してそれぞれ独立した制御であり(各制御別に異なる光電変換特性の変化が得られる)かつ制御の優先順位が設定された、絞り制御及び/又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御による露出制御を実現することが可能となる。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the imaging device according to any one of the eighth to eleventh aspects, the imaging sensor accumulates charges from a photodiode that generates a photocurrent with respect to incident light, and converts the charges into a voltage. A floating diffusion and a transistor for applying a reset bias to the floating diffusion, and the gate voltage of the transistor is set to an intermediate potential between a high potential and a low potential, thereby forming a photoelectric characteristic composed of the linear characteristic region and the logarithmic characteristic region. A signal having a conversion characteristic is output. According to this configuration, the imaging sensor includes the floating diffusion and the reset bias applying transistor, and the gate voltage of the transistor is set to the intermediate potential, thereby allowing the photoelectric conversion characteristic including the linear characteristic region and the logarithmic characteristic region to be obtained. Therefore, it is possible to obtain a photoelectric conversion characteristic having a linear characteristic region and a logarithmic characteristic region by using an imaging sensor with a simple configuration, and each control is independent for exposure control (each It is possible to realize exposure control by aperture control and / or exposure time control and dynamic range control in which different photoelectric conversion characteristics can be obtained for each control) and priority of control is set.
請求項1にかかる撮像装置によれば、撮像装置が備える撮像センサの光電変換特性と関連付けて、露光量制御手段による露光量制御とダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とが行われると共に、当該優先順位に応じた露光量制御とダイナミックレンジ制御とによる撮像装置の露出制御が可能となるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で且つ所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができ、さらには、撮影における各状況に応じて、露光量(制御)かダイナミックレンジ(制御)かのいずれかに重きを置いて露出制御を行いたいといった場合にも対応することができる、より自由度の高い露出制御が可能な撮像装置を提供することができる。
According to the imaging apparatus according to
請求項2にかかる撮像装置によれば、露光量(制御)により重きを置きつつ、すなわち所望の露光量の確保を優先しつつ、所要の(例えば最低限必要な)ダイナミックレンジの確保も行うといった露出制御が可能となる。 According to the imaging apparatus of the second aspect, a required (for example, minimum required) dynamic range is also secured while placing importance on the exposure amount (control), that is, giving priority to securing a desired exposure amount. Exposure control is possible.
請求項3にかかる撮像装置によれば、ダイナミックレンジ(制御)により重きを置きつつ、すなわち所望のダイナミックレンジの確保を優先しつつ、所要の(例えば最低限必要な)露光量の確保も行うといった露出制御が可能となる。 According to the imaging apparatus of the third aspect, the required (for example, the minimum necessary) exposure amount is also secured while placing importance on the dynamic range (control), that is, giving priority to securing the desired dynamic range. Exposure control is possible.
請求項4にかかる撮像装置によれば、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所望の露光量を優先して確保することができると共に、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(例えば最大被写体輝度)に対する撮像センサの出力レベルが飽和出力レベルとなるように、すなわち被写体輝度(被写体輝度の範囲)に対するセンサ出力が撮像センサの出力レベル範囲に入るように、所要のダイナミックレンジの確保を図ることができる。 According to the imaging device of the fourth aspect, it is possible to preferentially secure a desired exposure amount in imaging in a linear characteristic region where a high-contrast image signal can be obtained even with a low-luminance subject, and for dynamic range setting So that the output level of the imaging sensor with respect to the subject brightness (for example, the maximum subject brightness) becomes the saturation output level, that is, the sensor output with respect to the subject brightness (subject brightness range) falls within the output level range of the imaging sensor. The dynamic range can be secured.
請求項5にかかる撮像装置によれば、露光量制御を行った後のダイナミックレンジ制御によって、先の露光量制御において優先的に確保した露光量が損なわれてしまうことを防止でき、露光量制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。 According to the imaging apparatus according to the fifth aspect, it is possible to prevent the exposure amount preferentially secured in the previous exposure amount control from being damaged by the dynamic range control after performing the exposure amount control. It is possible to perform exposure control with priority given to.
請求項6にかかる撮像装置によれば、被写体輝度(被写体輝度の範囲)に対するセンサ出力が撮像センサの出力レベル範囲に入るように、所望のダイナミックレンジを優先して確保することができると共に、線形特性領域において露光量設定用の被写体輝度に対する撮像センサの出力レベルが所定の目標出力レベルとなるように露光量の制御が行われ、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所要の露光量の確保を図ることができる。 According to the imaging device of the sixth aspect, a desired dynamic range can be preferentially secured and linear so that the sensor output with respect to the subject luminance (subject luminance range) falls within the output level range of the imaging sensor. A linear characteristic area in which the exposure amount is controlled so that the output level of the image sensor for the subject brightness for setting the exposure amount becomes a predetermined target output level in the characteristic area, and a high-contrast image signal can be obtained even for a low-luminance subject. Therefore, it is possible to secure a required exposure amount in imaging with the above.
請求項7にかかる撮像装置によれば、ダイナミックレンジ制御を行った後の露光量制御によって、先のダイナミックレンジ制御によって優先的に確保したダイナミックレンジが損なわれて(狭くなって)しまうことを防止でき、ダイナミックレンジ制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。 According to the imaging device of the seventh aspect, the exposure range control after the dynamic range control prevents the dynamic range preferentially secured by the previous dynamic range control from being damaged (narrowed). It is possible to perform exposure control with priority given to dynamic range control.
請求項8にかかる撮像装置によれば、撮像センサの(対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという)光電変換特性と関連付けて、所定の優先順位に基づき、順に、絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、絞り制御及び/又は露光時間制御による露光量制御に重きを置いて露出制御を行いたいといった場合にも対応することができ、さらに当該ダイナミックレンジ制御より優先させた露光量制御においても、絞り制御及び/又は露光時間制御に対する優先順位を設定することができ、より自由度の高い、また当該優先順位に応じた効率の良い露出制御が可能となる撮像装置を提供することができる。
According to the imaging apparatus according to
請求項9にかかる撮像装置によれば、ダイナミックレンジ制御手段によって、変曲点出力レベルが比較用出力レベル以上となるようにダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、所定の優先順位に応じて、順に、絞り制御及び/又は露光時間制御、ダイナミックレンジ制御の各制御が行われる場合であっても、露光量制御を行った後の(絞り制御パラメータ及び/又は露光時間制御パラメータ算出後の)、ダイナミックレンジ制御(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出)によって、先の露光量制御において優先的に確保した露光量が損なわれてしまう、すなわち、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサの出力レベルが目標出力レベル(Vtarget)となる露光量が確保できなくなるといったことを防止でき、露光量制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。 According to the imaging apparatus of the ninth aspect, since the dynamic range control parameter is calculated by the dynamic range control means so that the inflection point output level is equal to or higher than the comparison output level, according to a predetermined priority order. In this case, the aperture control and / or the exposure time control and the dynamic range control are sequentially performed after the exposure amount control is performed (after the aperture control parameter and / or the exposure time control parameter is calculated). The exposure amount preferentially secured in the previous exposure amount control is impaired by the dynamic range control (calculation of the dynamic range control parameter), that is, the output of the image sensor with respect to the subject luminance (Lt1) for setting the exposure amount. The amount of exposure at which the level reaches the target output level (Vtarget) cannot be secured. Preventing possible, the exposure control can be performed reliably exposure control which gives priority.
請求項10にかかる撮像装置によれば、撮像センサの(対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという)光電変換特性と関連付けて、所定の優先順位に基づき、順に、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出、絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出が行われるため、ダイナミックレンジ制御に重きを置いて露出制御を行いたいといった場合にも対応することができ、さらに当該ダイナミックレンジ制御より後に実行する露光量制御においても、絞り制御及び/又は露光時間制御に対する優先順位を設定することができ、より自由度の高い、また当該優先順位に応じた効率の良い露出制御が可能となる撮像装置を提供することができる。
According to the imaging device according to
請求項11にかかる撮像装置によれば、露光量制御手段によって、比較用出力レベルが飽和出力レベル以下となるように露光量制御パラメータの算出が行われるため、所定の優先順位に応じて、順に、ダイナミックレンジ制御、絞り制御及び/又は露光時間制御の各制御が行われる場合であっても、ダイナミックレンジ制御を行った後の(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出後の)、露光量制御(絞り制御パラメータ及び/又は露光時間制御パラメータ算出)によって、先のダイナミックレンジ制御において優先的に確保したダイナミックレンジが損なわれてしまう、すなわち、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサの出力レベルが飽和出力レベル(Vmax)をオーバーしてしまい、撮像センサの出力レベル範囲を最大限利用したより広いダイナミックレンジの確保ができなくなるといったことを防止でき、ダイナミックレンジ制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。 According to the imaging apparatus of the eleventh aspect, since the exposure amount control parameter is calculated by the exposure amount control means so that the comparison output level is equal to or lower than the saturation output level, the exposure amount control parameter is sequentially changed according to a predetermined priority order. Even when dynamic range control, aperture control and / or exposure time control are performed, exposure amount control (aperture control) after dynamic range control (after calculation of dynamic range control parameters) is performed. The dynamic range preferentially secured in the previous dynamic range control is impaired by the parameter and / or exposure time control parameter calculation), that is, the output level of the image sensor with respect to the subject luminance (Lm20) for setting the dynamic range is reduced. The saturation output level (Vmax) is exceeded, and the imaging sensor The force level range it is possible to prevent that it becomes impossible to secure a wide dynamic range from the maximum use can be reliably exposure control which gives priority to the dynamic range control.
請求項12にかかる撮像装置によれば、撮像センサにフローティングディフュージョンとリセットバイアス印加用のトランジスタとが備えられ、該トランジスタのゲート電圧が中電位に設定されることで線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号が出力されるため、簡易な構成による撮像センサを用いて、線形特性領域及び対数特性領域を有する光電変換特性を得ることが可能となると共に、露出制御に関してそれぞれ独立した制御であり(各制御別に異なる光電変換特性の変化が得られる)かつ制御の優先順位が設定された、絞り制御及び/又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御による露出制御を実現することが可能となる。 According to the imaging device of the twelfth aspect, the imaging sensor includes a floating diffusion and a reset bias applying transistor, and the gate voltage of the transistor is set to a medium potential so that the linear characteristic region and the logarithmic characteristic region are removed. Since a signal having a photoelectric conversion characteristic is output, it is possible to obtain a photoelectric conversion characteristic having a linear characteristic region and a logarithmic characteristic region by using an imaging sensor having a simple configuration, and the exposure control is independent of each other. It is possible to realize exposure control by aperture control and / or exposure time control and dynamic range control, which is control (a change in photoelectric conversion characteristics different for each control can be obtained) and control priority is set. Become.
(実施形態1)
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
(撮像装置の外観構造の説明)
図1は、第1の実施形態にかかる撮像装置が好適に適用される小型のデジタルカメラ1の外観を示す図であり、(a)はその上面図、(b)は正面図、(c)は背面図をそれぞれ示している。このデジタルカメラ(撮像装置)1は、カメラ本体ボディ10の頂面には電源スイッチ101及びレリーズスイッチ102等が、正面側にはフラッシュ発光部103及び撮影レンズ窓104等が、また背面側にはモード設定スイッチ105などの各種の操作ボタンや液晶モニター(LCD)からなるLCD表示部106等がそれぞれ配置されている。そして本体ボディ10の内部には、各種本体機器のほか、屈曲型の鏡胴20が配置されている。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Description of external structure of imaging device)
1A and 1B are views showing the appearance of a small
電源スイッチ101は、カメラ1の電源をON(起動)、OFF(起動停止)するための押下スイッチであり、押下動作によりカメラ電源のON、OFFが順次繰り返される。またモード設定スイッチ105は、静止画を撮影する静止画撮影モード及び動画を撮影する動画撮影モード、あるいは後述する露光量制御パラメータ算出優先モード及びダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードといった各種モードを設定するためのものである。
The
レリーズスイッチ102は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。例えば前記静止画撮影モードにおいて、レリーズスイッチ102が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作(後述の自動露出制御や自動焦点制御等の準備動作)が実行され、レリーズスイッチ102が全押しされると、撮影動作(後述する撮像センサを露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作)が実行される。また、前記動画撮影モードにおいて、レリーズスイッチ102が全押しされると、所定の動画撮影動作が実行され、再度レリーズスイッチ102が全押しされると、動画撮影動作が終了される。
The
フラッシュ発光部103は、レリーズスイッチ102が半押しされている状態(静止画撮影モード)において、被写体像が暗い場合に発光して被写体を照明する。撮影レンズ窓104は、被写体の光学像を、本体ボディ10の内部に配置された屈曲型鏡胴20へ取り入れるための開口部である。また表示部106は、内蔵する記録媒体に記録された記録画像を再生表示させたり、撮影待機中や動画撮影モードにおいてビデオ撮影された被写体のスルー画像(ライブビュー画像)を表示させたりするものである。なお、前記モード設定スイッチ105以外に、ズームスイッチ、メニュー選択スイッチ、選択決定スイッチ等のプッシュスイッチ群が備えられている。
The flash
屈曲型の鏡胴20は、前記撮影レンズ窓104を通して被写体像を取り入れ、本体ボディ10の内部に配置されている撮像センサ30へ導く撮影レンズ系を構成するものである。この鏡胴20は、ズーミングやフォーカシング駆動時においてもその長さの変動しない、つまり本体ボディ10から外部に突出することのない鏡胴である。この鏡胴20の内部には、光軸に沿って直列的に配置されるズームレンズブロックや固定レンズブロックからなる撮影光学系を構成するレンズ群21(図2参照)と、このレンズ群21の適所に配置される絞り22とが備えられている。さらに前記レンズ群21の適所にはシャッタ23が配置されており、該シャッタ23の開閉動作により撮影光学系の光路が遮光若しくは通光されるようになっている。すなわち、絞り22の開口面積設定度合い及びシャッタ23の開閉動作制御等により、撮像センサ30の露光量が制御されるものである。
The
(撮像装置の電気的構成の全体的な説明)
図2は、本発明にかかるデジタルカメラ1における撮像処理ブロック図である。このデジタルカメラ1は、操作部100、上述した屈曲型の鏡胴20、撮像センサ30、信号処理部40、全体制御部50、及び駆動部60などを備えている。なお、操作部100は、前記で説明した電源スイッチ101、レリーズスイッチ102及びモード設定スイッチ105などからなる。
(Overall description of the electrical configuration of the imaging device)
FIG. 2 is a block diagram of an imaging process in the
撮像センサ30は、鏡胴20内のレンズ群21により結像された被写体光像の光量に応じ、R(赤)、G(緑)、B(青)の各成分の画像信号(撮像センサ30の各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号)に光電変換して信号処理部40へ出力するものである。本実施形態においては、この撮像センサ30として、入射光量に対して出力画素信号(光電変換により発生する出力電気信号)が線形的ではなく対数的に変換されて出力される対数変換型固体撮像素子が用いられる。なお当該撮像センサ30は、入射光量が少ない場合は、出力画素信号が線形的に変換されて出力される特性を有しており、その光電変換特性が線形的である領域(線形特性領域=暗時)と対数的である領域(対数特性領域=明時)とを備えている。さらに前記線形特性領域と対数特性領域との切り替り点(変曲点)が、特定の制御信号(ダイナミックレンジ制御信号)により任意に制御可能とされている。この撮像センサ30の構成、動作等については後に詳述する。
The
タイミング生成回路(タイミングジェネレータ)31は、撮像センサ30による撮影動作(露光に基づく電荷蓄積や蓄積電荷の読出し等)を制御するものである。タイミング生成回路31は、全体制御部50からの撮影制御信号に基づいて所定のタイミングパルス(画素駆動信号、水平同期信号、垂直同期信号、水平走査回路駆動信号、垂直走査回路駆動信号等)を生成して撮像センサ30に出力し、動画撮影モード時(スルー画表示モード時)には、例えば1/30(秒)毎にフレーム画像を取り込み、順次信号処理部40に出力させる。また、静止画撮影モード時の露光中には撮像センサ30の露光動作に連動して電荷を蓄積させ(すなわち、被写体光像を画像信号に光電変換させ)、その蓄積電荷を信号処理部40に出力させる。さらにタイミング生成回路31は、後述のA/D変換器402において用いられるA/D変換用のクロックも生成する。
The timing generation circuit (timing generator) 31 controls a photographing operation (charge accumulation based on exposure, reading of accumulated charge, etc.) by the
信号処理部40は、撮像センサ30から送出される画像信号に所定のアナログ信号処理およびデジタル信号処理を施すもので、前記画像信号の信号処理は、該画像信号を構成するそれぞれの画素信号ごとに行われる。この信号処理部40は、アナログ信号処理部401、A/D変換器402、黒基準補正部403、FPN補正部404、評価値検出部405、ホワイトバランス(WB)制御部406、色補間部407、3×3色補正部408、階調変換部409、ノイズキャンセル部410及び画像メモリ411を備えている。
The
アナログ信号処理部401は、撮像センサ30から出力される画像信号(撮像センサ30の各画素で受光されたアナログ信号群)に所定のアナログ信号処理を施すもので、アナログ画像信号に含まれるリセット雑音を低減するCDS回路(相関二重サンプリング回路)と、アナログ画像信号のレベルを補正するAGC回路(オートゲインコントロール回路)とを備えている。なお、AGC回路は、適正露出が得られなかった場合等に、後段のA/D変換器402の入力電圧範囲に合うよう、アナログ画像信号を適正な増幅率で増幅して撮影画像のレベル不足を補償するアンプ機能も有している。
The analog
A/D変換器402は、アナログ信号処理部401から出力されるアナログ画像信号を、例えば12ビットのデジタル画像信号(画像データ)に変換する役目を果たす。このA/D変換器402は、前記タイミング生成回路31から入力されるA/D変換用のクロックに基づいて、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
The A /
黒基準補正部403は、A/D変換器402から入力されるデジタル画像信号の黒レベル(暗黒時の画像信号レベル)を基準の値(例えば、A/D変換後のデジタル信号レベルで0)に補正するために、A/D変換器402から入力される画像信号レベルをSD1とし、また暗黒時の画像信号レベルをSD2とするときに、
SD1−SD2
の演算を行う。なお、かかる黒基準補正は、全体制御部50から入力される撮像センサ30の光電変換特性に対応した撮像ダイナミックレンジ情報に基づいて行われる。これは、本実施形態にかかるデジタルカメラ1においては、撮像センサ30の光電変換特性が制御可能とされており、従ってA/D変換器402から入力されるデジタル画像信号の暗黒時における画像信号レベルが、撮像センサ30の光電変換特性の変化により変動することから、その変動に追従した正確な黒基準補正が行えるようにするためである。
The black
SD1-SD2
Perform the operation. Such black reference correction is performed based on imaging dynamic range information corresponding to the photoelectric conversion characteristics of the
FPN(Fixed Pattern Noise)補正部404は、黒基準補正部403から入力される画像信号のFPN(固定パターンノイズ)を除去するためのものである。固定パターンノイズとは、撮像センサ30の各画素回路が備えるFETの閾値バラツキ等が要因となって生じる、各画素が発生する画像信号の出力値のバラツキに起因するノイズである。FPN補正部404は、黒基準補正部403から入力される画像信号レベルをSD3とし、また黒基準補正部403から入力される画像信号の固定パターン成分をSD4とするとき、
SD3−SD4
の演算を行う。
An FPN (Fixed Pattern Noise)
SD3-SD4
Perform the operation.
評価値検出部405は、撮像センサ30で実際に撮影された画像信号から、自動露出制御(AE)、自動焦点制御(AF;オートフォーカス)、或いはホワイトバランス制御(WB制御)等を行うに際してのベース値となる評価値、すなわちAE評価値、AF評価値、ホワイトバランス評価値(以降、WB評価値という)等を検出する。例えばAE制御を行う場合、
(1)撮像ターゲットとなる被写体の輝度レベル及び輝度範囲を計測し、
(2)その輝度レベル及び輝度範囲に適合する出力が撮像センサから得られるよう、必要な露出制御量を算出し、
(3)前記算出結果に基づいて露光量等を具体的に調整し、本撮像に臨む、
というステップが一般的に採られるが、この評価値検出部405においては、前記ステップ(1)の役目を担うべく、撮像センサ30で実際に撮影された画像信号から被写体の輝度レベル及び輝度範囲が求められ、これがAE評価値として全体制御部50へ出力され、後段ステップにおけるAE制御動作用に供される。
The evaluation
(1) Measure the luminance level and luminance range of the subject to be imaged,
(2) A necessary exposure control amount is calculated so that an output conforming to the luminance level and luminance range can be obtained from the imaging sensor,
(3) The exposure amount and the like are specifically adjusted based on the calculation result, and the main imaging is started.
In this evaluation
またAF制御の場合は、例えばフォーカスレンズ(レンズ群21)の光軸方向の駆動と撮像センサ30による撮像動作とを交互に行いながら、その撮像動作により得た画像のコントラストが最大となるフォーカスレンズの位置が求められ(所謂山登り検出方式)、これがAF評価値として全体制御部50へ出力され、後段ステップにおけるAF制御動作の用に供される。さらにホワイトバランス制御は、出力画像の色を被写体の光源色に適したものに補正することを目的とするもので、この場合、前段のFPN補正部404から入力される画像信号に基づいてR、G、B各色の輝度比及び輝度差が評価値検出部405で算出され、これがWB評価値として全体制御部50へ出力されるものである。これら評価値の具体的な取得方法等については、後に詳述する。
In the case of AF control, for example, a focus lens in which the contrast of an image obtained by the imaging operation is maximized while alternately driving the focus lens (lens group 21) in the optical axis direction and imaging operation by the
ホワイトバランス制御部406は、全体制御部50から与えられるダイナミックレンジ情報と前記WB評価値とに基づいて、画像信号の色バランスが所定の色バランスになるよう、各色成分R、G、Bの各画素データのレベルを変換する補正を行う。なお本実施形態では、撮像センサ30として線形特性領域と対数特性領域とを備えるものを用いることから、線形特性領域及び対数特性領域ごとにWB評価値を取得し、各々の領域に適したホワイトバランス補正を行うようにすることが望ましい。
Based on the dynamic range information given from the
色補間部407は、ホワイトバランス制御部406から入力される画像信号の各色成分R、G、Bごとに、フレーム画像の不足する画素位置のデータを補間するものである。すなわち、本実施形態で用いられる対数変換型の撮像センサ30のカラーフィルタ構造は、Gが市松状でR、Bが線順次配列された所謂ベイヤー方式が採用されている関係上、色情報が不足していることから、色補間部407は、実在する複数の画素データを用いて実在しない画素位置の画素データを補間するものである。
The
具体的には色補間部407は、高帯域まで画素を持つGの色成分のフレーム画像については、フレーム画像を構成する画像データを所定のフィルタパターンでマスキングした後、メディアン(中間値)フィルターを用いて、補間すべき画素位置の周辺に実在する画素データのうち、最大値と最小値とを除去した画素データの平均値を演算し、その平均値を当該画素位置の画素データとして補間する。また、R、Bの色成分については、フレーム画像を構成する画像データを所定のフィルタパターンでマスキングした後、補間すべき画素位置の周辺に実在する画素データの平均値を演算し、その平均値を当該画素位置の画素データとして補間する。
Specifically, for a G color component frame image having pixels up to a high band, the
図3に、撮像センサ30のカラーフィルタ構造の一例を示す。かかるカラーフィルタ構造において、前記色補間による各画素における色成分R、G、Bの画像信号は、例えば以下のようにして生成される。
(イ)アドレス11(B11)の色補間式
R11=(R00+R20+R02+R22)/4
G11=(Gr10+Gb01+Gb21+Gr12)/4
B11=B11
(ロ)アドレス12(Gr12)の色補間式
R12=(R02+R22)/2
G12=Gr12
B12=(B11+B13)/2
(ハ)アドレス21(Gb21)の色補間式
R21=(R20+R22)/2
G21=Gb21
B21=(B11+B31)/2
(ニ)アドレス22(R22)の色補間式
R22=R22
G22=(Gb21+Gr12+Gr32+Gb23)/4
B22=(B11+B31+B13+B33)/4
FIG. 3 shows an example of the color filter structure of the
(A) Color interpolation formula of address 11 (B11) R11 = (R00 + R20 + R02 + R22) / 4
G11 = (Gr10 + Gb01 + Gb21 + Gr12) / 4
B11 = B11
(B) Color interpolation formula of address 12 (Gr12) R12 = (R02 + R22) / 2
G12 = Gr12
B12 = (B11 + B13) / 2
(C) Color interpolation formula of address 21 (Gb21) R21 = (R20 + R22) / 2
G21 = Gb21
B21 = (B11 + B31) / 2
(D) Color interpolation formula for address 22 (R22) R22 = R22
G22 = (Gb21 + Gr12 + Gr32 + Gb23) / 4
B22 = (B11 + B31 + B13 + B33) / 4
3×3色補正部408は、色補間部407から入力される色成分R、G、Bの画像信号の彩度を補正(色合いを補正)するものである。3×3色補正部408は、色成分R、G、Bの画像信号のレベル比を変換する3種類の変換係数を有し、撮影シーンに応じた変換係数で前記レベル比を変換して画像データの彩度を補正する。例えば、a1〜c3の合計9個の変換係数を用い、次のように画像信号を線形変換する。
R´=a1*R+a2*G+a3*B
G´=b1*R+b2*G+b3*B
B´=c1*R+c2*G+c3*B
The 3 × 3
R ′ = a1 * R + a2 * G + a3 * B
G '= b1 * R + b2 * G + b3 * B
B ′ = c1 * R + c2 * G + c3 * B
階調変換部409は、3×3色補正部408から入力される色成分R、G、Bの画像信号が適切な出力レベルになるよう、画像信号のレベルを色成分毎に所定のガンマ特性を用いて非線形変換すると共にオフセット調整する。すなわち階調変換部409は、ホワイトバランス調整及び色補正がなされた画像信号の階調特性(γカーブやデジタルゲイン)を、LCD表示部106や外部出力されるモニターテレビ等の階調特性に補正するものである。階調変換部409においては、全体制御部50から入力されるダイナミックレンジ情報と、評価値検出部405で検出されたAE評価値等に基づいて、画像信号の階調特性を変化させる。
The
ノイズキャンセル部410は、階調変換部409から入力される画像信号のノイズ成分を除去すると共に、エッジ成分のみを抽出・強調することで、画像のシャープネスを良好な状態に補正するものである。ノイズキャンセル部410は、全体制御部50から入力されるダイナミックレンジ情報に基づいて、コアリング係数(画像信号のノイズ成分のみを除去し、エッジ成分を抽出する係数及び強調する係数)を変化させることで、適正な補正を行う。
The
画像メモリ411は、ROMやRAM等のメモリからなり、信号処理部40での信号処理を終えた画像データを一時的に保存するもので、例えば1フレーム分の画像データを記憶し得る容量を有している。
The
メモリカードI/F部412は、信号処理部40で生成されたメモリカード記録用画像データを、メモリカード107に記録させるべく出力するためのインターフェイスである。またメモリカード107は、静止画像や動画像などの画像データを記録して保存しておくためのメモリであって、デジタルカメラ1に対して取り外し自在とされており、外部の記録媒体との画像データ交換を可能とするものである。LCD表示I/F部413は、信号処理部40で生成されたLCD表示用画像データを、例えばNTSC方式若しくはPAL方式の画像信号に変換してLCD表示部106に出力するためのインターフェイスである。
The memory card I /
全体制御部50は、CPU(中央演算処理装置)等からなり、デジタルカメラ1の撮影動作を集中制御するものである。すなわち全体制御部50は、前記信号処理部40の各部から送られてくる情報(前述のAE評価値、AF評価値、WB評価値等)と、本デジタルカメラ1の動作モード等に基づき、信号処理部40の各部が必要とするパラメータ等の動作情報を算出して送信することで、各処理部の動作を制御する。このほか全体制御部50は、撮影動作のためのタイミング生成回路31の制御、レンズ群21のズーミングやフォーカシング駆動、並びに絞り22及びシャッタ23の駆動のための駆動部60の制御、画像信号の出力制御などを行う。
The
図4は、全体制御部50の機能を説明するための機能ブロック図である。全体制御部50は、情報受信部501及び情報送信部502、メモリ部515を具備する演算部510、制御信号発生部520、出力レベル判定部530及び入出力部540を備えている。
FIG. 4 is a functional block diagram for explaining functions of the
情報受信部501は、信号処理部40の評価値検出部405にて検出されるAE評価値、AF評価値及びWB評価値を取得し、これらを演算部510が備える各パラメータ算出部へ振り分けて送信する。一方、情報送信部502は、信号処理部40において必要とされる情報(光電変換特性情報やコアリング係数等)をメモリ部515から適宜取り出し、信号処理部40の各処理部に適時振り分けて送信する。
The
演算部510は、前記情報受信部501から与えられる評価値に基づいて制御パラメータを算出する動作を為すもので、露光量制御パラメータ算出部511及びダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512からなるAE制御パラメータ算出部5110、AF制御パラメータ算出部513、ホワイトバランス(WB)制御パラメータ算出部514及びメモリ部515を備えている。
The
前記メモリ部515はROMやRAM等からなり、撮像センサ30の光電変換特性の情報(撮影に際しての所望の光電変換特性を得るための情報)、すなわち、後述する露光時間設定値や絞り設定値、或いは光電変換特性設定値(該光電変換特性に対応するダイナミックレンジ情報)を記憶する光電変換特性情報記憶部516、ノイズキャンセル部410において用いられるコアリング係数の設置位置を記憶するコアリング係数記憶部517、撮像センサ30の線形特性領域と対数特性領域とで得られたデータに対するデータ変換(相互変換)を行うための変換情報、すなわちLUT(Look Up Table)等を記憶するLUT記憶部518等から構成されている。
The
なお、光電変換特性情報記憶部516は、光電変換特性そのもの(後述する図10に示すような光電変換特性曲線)が記憶される構成であってもよい。また、LUT記憶部518は、上記LUTの他に、後述する露光時間(T1)や絞りの開口面積(S2)の値と露光時間設定値や絞り設定値とのデータ変換を行うLUT、光電変換特性の変曲点の値(出力レベル)と光電変換特性設定値とのデータ変換を行うLUT、最大輝度出力レベルから光電変換特性設定値を出力するLUTもしくは最大輝度出力レベルの変化量から光電変換特性設定値の変化量を出力するLUT、或いは飽和画素数の値と変曲点変化量(ΔVth)の値とのデータ変換を行うLUT等、種々のデータ変換用のLUTを記憶している。また、上述した通り、光電変換特性情報記憶部516、コアリング係数記憶部517及びLUT記憶部518に記憶されているデータ値は、適宜情報送信部502から信号処理部40の適所へ送信されるようになっている。
The photoelectric conversion characteristic
AE制御パラメータ算出部5110は、被写体の輝度に応じた露出制御(AE制御)を行うべく、撮影の際の最適な露光量と撮像センサ30の光電変換特性とに設定するための制御パラメータを算出する。すなわち、AE制御パラメータ算出部5110の露光量制御パラメータ算出部511は、露光時間や絞りを最適化するための制御パラメータを算出するものであり、露光量制御パラメータ算出部511は、評価値検出部405にて検出されるAE評価値と、前記光電変換特性情報記憶部516に記憶されている前記AE評価値取得時点における撮像センサ30の光電変換特性情報とに基づいて、被写体輝度に応じた露光時間設定値や絞り設定値を算出する。
The AE control parameter calculation unit 5110 calculates control parameters for setting the optimal exposure amount at the time of shooting and the photoelectric conversion characteristics of the
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512は、被写体輝度に応じ撮像センサ30の光電変換特性を最適化するための制御パラメータを算出するものである。ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512は、例えばダイナミックレンジ設定用の被写体輝度が、当該撮像センサ30における所望の飽和出力レベルになるような光電変換特性設定値を算出する。この算出に際しても、光電変換特性情報記憶部516に記憶されている前記AE評価値取得時点における撮像センサ30の光電変換特性情報が参照される。
The dynamic range control parameter calculation unit 512 calculates a control parameter for optimizing the photoelectric conversion characteristics of the
また、AE制御パラメータ算出部5110は、AE制御時に、上述の露光量制御パラメータの算出及びダイナミックレンジ制御パラメータの算出のいずれかを優先させる、制御パラメータの算出優先順位を設定する算出優先順位設定部5111を備えている。この算出優先順位設定部5111における優先順位の設定は、ユーザによるモード設定スイッチ105等の操作部100からの指示入力(入力信号)に応じてなされる。なお、露光量制御パラメータの算出が優先される場合(モード)を露光量制御パラメータ算出優先モード、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出が優先される場合(モード)をダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードという。後記で詳述するが、本実施形態においては、このAE制御パラメータ算出部5110における算出優先順位設定部5111により、AE制御を行うに際して、露光量制御(露光量制御パラメータの算出)及びダイナミックレンジ制御(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出)のいずれかを優先させて行わせる点に特徴がある。
Further, the AE control parameter calculation unit 5110 sets a calculation priority order of control parameters that prioritizes either the calculation of the exposure amount control parameter or the calculation of the dynamic range control parameter during AE control. 5111. The setting of the priority order in the calculation priority
AF制御パラメータ算出部513は、評価値検出部405にて検出されるAF評価値に基づいて、被写体の撮影にあたり最適な焦点距離に設定するための制御パラメータを算出する。この制御パラメータの算出にあたり、参照するAF評価値を、撮像センサ30の対数特性領域及び線形特性領域のそれぞれで取得し、それぞれの特性領域の特徴を活用して粗測距(対数特性領域から得たAF評価値)用、詳測距(線形特性領域から得たAF評価値)用の制御パラメータを算出するよう構成することが好ましい。
The AF control
ホワイトバランス制御パラメータ算出部514は、評価値検出部405にて検出されるWB評価値に基づいて、画像信号の色バランスが所定の色バランスに設定するための制御パラメータを算出する。この制御パラメータの算出にあたり、同様に参照するAF評価値を、撮像センサ30の対数特性領域及び線形特性領域のそれぞれで取得し、それぞれの特性領域に応じた制御パラメータを算出するよう構成することが好ましい。
The white balance control
制御信号発生部520は、前記演算部510で算出された各種の制御パラメータに応じて、各制御動作要素を駆動させるための制御信号を生成するもので、該制御信号発生部520は、ダイナミックレンジ制御信号発生部521、センサ露光時間制御信号発生部522、シャッタ制御信号発生部523、ズーム/フォーカス制御信号発生部524及び絞り制御信号発生部525を備えて構成されている。
The
ダイナミックレンジ制御信号発生部521は、前記ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512において算出された撮像センサ30の光電変換特性設定値に応じて、光電変換特性が線形特性領域から対数特性領域に切り替える出力レベルポイント(変曲点)を調整する撮像センサ30の駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路31へ送信する。タイミング生成回路31は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ30のダイナミックレンジを制御するタイミング信号を生成して撮像センサ30を駆動させる。具体的には、後述するように撮像センサ30の光電変換特性は、当該撮像センサ30に対する信号φVPS(φVPSにおける電圧VPHの高さ、或いは時間ΔTの長さ)を制御することでその変曲点が変動することから、ダイナミックレンジ制御信号発生部521は、光電変換特性設定値に応じて、前記信号φVPSを制御するためのタイミング生成回路31に対する駆動信号を制御することで、撮像センサ30のダイナミックレンジを被写体の輝度に適するよう制御する。
The dynamic range control
センサ露光時間制御信号発生部522は、撮像センサ30の露光時間(積分時間)を、絞り22やシャッタ23等のメカ操作に依らず、電子回路的な制御動作により制御するための制御信号を発生するものである。センサ露光時間制御信号発生部522は、前記露光量制御パラメータ算出部511にて算出された最適な露光量に基づいて、所期の露光時間が確保されるよう撮像センサ30の駆動信号(具体的には、後述するように撮像センサ30に対する信号φVPSが中電位Mとなる時間ΔSを制御する信号)を生成し、これをタイミング生成回路31へ送信する。タイミング生成回路31は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ30の露光時間を制御するタイミング信号を生成して撮像センサ30を駆動させる。
The sensor exposure time control
シャッタ制御信号発生部523は、同様に露光量制御パラメータ算出部511にて算出された最適な露光量に基づいて、シャッタ23のシャッタスピード(シャッタ開放時間)を露光時間に合わせて設定する制御信号を生成する。またズーム/フォーカス制御信号発生部524は、前記AF制御パラメータ算出部513にて算出された最適な焦点距離に基づいて、レンズ群21を駆動させるための制御信号を生成する。さらに絞り制御信号発生部525は、前記露光量制御パラメータ算出部511にて算出された最適な露光量に基づいて、絞り22の開口面積を設定する制御信号を生成する。これらシャッタ制御信号発生部523、ズーム/フォーカス制御信号発生部524及び絞り制御信号発生部525にて生成された制御信号は、駆動部60の対応箇所へそれぞれ送信される。
Similarly, the shutter control
出力レベル判定部530は、露光量制御パラメータ及びダイナミックレンジ制御パラメータの算出時の或るパラメータに対する撮像センサ30の出力レベル(後述するVth2やVmax2)と、所定の出力レベル(後述するVlimitやVmax)との比較を行い両者の大小を判定するものである。出力レベル判定部530は、或る出力レベルを監視することで、露光量制御パラメータ及びダイナミックレンジ制御パラメータの算出における光電変換特性の過大な変化を規制する(所望の露光量やダイナミックレンジの確保が困難となるような光電変換特性へ変化してしまわないよう調節する)ものであるとも言える。
The output
入出力部540は、メモリカードI/F部412及びLCD表示I/F部413と接続され、操作部100からの指示信号等に対応して、撮影画像に対して所定の画像処理を行った後、その撮影画像信号をメモリカード107に記録させたり、LCD表示部106に表示させたり、或いは逆にメモリカード107から画像信号を取り入れたりする出入力作用を為す。
The input /
図2に戻って、駆動部60は、前記制御信号発生部520で生成された制御信号に基づいて、実際に当該デジタルカメラ1が具備するメカ駆動部を動作させるもので、シャッタ駆動部61、ズーム/フォーカス駆動部62及び絞り駆動部63を備えている。
Returning to FIG. 2, the
シャッタ駆動部61は、前記シャッタ制御信号発生部523から与えられる制御信号に応じて、シャッタ23が所定時間開放されるようシャッタ23を開閉駆動する。ズーム/フォーカス駆動部62は、ズーム/フォーカス制御信号発生部524から与えられる制御信号に応じて、レンズ群21のズームレンズブロックまたはフォーカスレンズブロックを動作させるモータ等を動作させ、前記レンズブロックを焦点位置に移動させる。さらに絞り駆動部63は、絞り制御信号発生部525から与えられる制御信号に応じ、絞り22を駆動し、所定の開口量に絞りを設定するものである。
The
(動作の全体的なフローの説明)
以上の通り構成された本実施形態にかかるデジタルカメラ1の動作につき、先ず全体的なフローを説明する。図5は、デジタルカメラ1の全体的な動作の一例を示すフローチャートである。図示する通り、動作を大略的に区分すると、AE評価値、AF評価値、及びWB評価値等の評価値を検出する評価値検出ステップ(ステップS1)と、得られた評価値に基づき各種パラメータを算出する制御パラメータ算出ステップ(ステップS2)と、算出された各種パラメータを該当するデジタルカメラ1各部に設定し、当該パラメータに応じた撮影状態となるようにデジタルカメラ1各部を駆動する制御パラメータを設定する制御パラメータ設定ステップ(ステップS3)とからなる。
(Description of overall flow of operation)
An overall flow of the operation of the
前記各ステップS1〜S3においては、具体的には以下の処理が行われる。
先ず、評価値検出ステップS1では、各種の制御のベースとなる評価値情報を取得し、該評価値情報に基づいて評価値を算出する。AE制御の場合は、撮像ターゲットとなる被写体の輝度レベルが計測(検出)され、この計測値からAE評価値が算出されることとなる。前記輝度レベル及び輝度範囲の検出に際しては、撮像センサ30により実際に撮像された撮影画像から求めることが合理的であり、撮像センサ30は静止画及び動画の撮像が可能であることから、
(ステップS1−1)静止画からの検出:撮像センサ30により、評価値検出用の画像を本撮影前の静止画にて取得して輝度レベル及び輝度範囲を計測する。
(ステップS1−2)動画からの計測:撮像センサ30により、評価値検出用の画像を本撮影前の動画にて取得して輝度レベル及び輝度範囲を計測する。
という2通りの輝度情報の取得ステップを例示することができる。しかる後、
(ステップS1−3)評価値の算出:取得した画像の輝度情報に基づいてAE評価値を含む各種評価値を評価値検出部405により算出する。
というステップが行われる。
Specifically, in each of the steps S1 to S3, the following processing is performed.
First, in the evaluation value detection step S1, evaluation value information serving as a base for various controls is acquired, and an evaluation value is calculated based on the evaluation value information. In the case of AE control, the luminance level of the subject that is the imaging target is measured (detected), and the AE evaluation value is calculated from the measured value. In the detection of the luminance level and the luminance range, it is reasonable to obtain from a captured image actually captured by the
(Step S1-1) Detection from a still image: The
(Step S1-2) Measurement from a moving image: The
The two types of luminance information acquisition steps can be exemplified. After that,
(Step S1-3) Calculation of Evaluation Value: The evaluation
The steps are performed.
次にステップS2では、評価値に基づき各種パラメータが算出されるが、AE制御の場合は、露光量又はダイナミックレンジがAE制御の要素となることから、これらの制御パラメータが、前記AE評価値に基づいて算出される。すなわちステップS2としては、
(ステップS2−1)露光量制御パラメータの算出:全体制御部50により、AE評価値に基づいて露光量制御パラメータを算出する。
(ステップS2−2)ダイナミックレンジ制御パラメータの算出:全体制御部50により、AE評価値に基づいてダイナミックレンジ制御パラメータを算出する。
という2通りのパラメータ算出ステップを例示することができる。
Next, in step S2, various parameters are calculated based on the evaluation value. In the case of AE control, since the exposure amount or the dynamic range is an element of AE control, these control parameters are converted into the AE evaluation value. Calculated based on That is, as step S2,
(Step S2-1) Calculation of exposure amount control parameter: The
(Step S2-2) Calculation of dynamic range control parameter: The
Two parameter calculation steps can be exemplified.
最後にステップS3では、デジタルカメラ1各部を駆動する制御パラメータの設定が為される。AE制御の場合は、前記(ステップS2−1)又は(ステップS2−2)に基づく制御パラメータの設定が行われる、すなわちステップS3としては、
(ステップS3−1)露光量制御パラメータの設定:算出された露光量制御パラメータに基づいてメモリ部515や制御信号発生部520等に当該パラメータを設定し、タイミング生成回路31や駆動部60を動作させる。
(ステップS3−2)ダイナミックレンジ制御パラメータの設定:算出されたダイナミックレンジ制御パラメータに基づいて、メモリ部515や制御信号発生部520等に当該パラメータを設定し、タイミング生成回路31を動作させる。
という2通りのパラメータ設定ステップを例示することができる。
Finally, in step S3, control parameters for driving each part of the
(Step S3-1) Setting of exposure amount control parameter: Based on the calculated exposure amount control parameter, the parameter is set in the
(Step S3-2) Setting of dynamic range control parameter: Based on the calculated dynamic range control parameter, the parameter is set in the
The following two parameter setting steps can be exemplified.
(本実施形態で用いる撮像センサの基本的特性について)
以下、上述した各ステップにつき順次詳述するが、本実施形態においては、その光電変換特性として入射光量に対して前記電気信号が線形的に変換されて出力される線形特性領域と、入射光量に対して前記電気信号が対数的に変換されて出力される対数特性領域とを備える撮像センサ30を用いることが前提とされている関係上、先ず本実施形態で用いられる撮像センサ30の基本的特性について、その具体的な一例を詳述する。
(Basic characteristics of the image sensor used in this embodiment)
Hereinafter, each step described above will be described in detail, but in this embodiment, as the photoelectric conversion characteristics, a linear characteristic region in which the electric signal is linearly converted with respect to the incident light amount and output, and the incident light amount. On the other hand, since it is assumed that an
図7は、撮像センサ30の一例である二次元のMOS型固体撮像装置の概略構成図である。同図において、G11〜Gmnは、行列(マトリクス)配列された画素を示している。この画素G11〜Gmnからなる画素部の外周縁部近傍には、垂直走査回路301と水平走査回路302とが配設されている。垂直走査回路301は、行のライン(信号線)304−1、304−2、・・・304−n(これらを纏めて行ライン304という)を順次走査する。水平走査回路302は、各画素から出力信号線306−1、306−2、・・・306−m(これらを纏めて出力信号線306という)に導出された光電変換信号を画素毎に水平方向に順次読み出す。なお、各画素は電源ライン305により電力供給がなされている。各画素には、前記各ラインや出力信号線だけでなく、他のライン(例えばクロックライン)も接続されているが、図7では図示を省略している。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional MOS solid-state imaging device which is an example of the
出力信号線306−1、306−2、・・・306−mには、それぞれ、後述のトランジスタT5と対になって増幅回路を構成する定電流源307−1、307−2、・・・307−m(これらを纏めて定電流源307という)が設けられている。ただし、この増幅回路として、定電流源307に代えて抵抗やトランジスタ(MOSトランジスタ)を設けてもよい。この出力信号線306を介して出力される各画素の撮像時の画像データ及びリセット時の補正データが、順次、選択回路(サンプルホールド回路)308−1、308−2、・・・308−m(これらを纏めて選択回路308という)に出力される。この選択回路308に対して、行毎に画像データ及び補正データが出力されてサンプルホールドされる。サンプルホールドされた画像データ及び補正データは、列毎に、補正回路309に出力され、補正回路309において、感度バラツキによるノイズ成分が除去されるように、補正データに基づいて画像データの補正が行われる。そして、補正回路309から各画素の感度バラツキが補正された画像データが、各画素毎にシリアルに出力される。
The output signal lines 306-1, 306-2,... 306-m are respectively connected to constant current sources 307-1, 307-2,. 307-m (these are collectively referred to as a constant current source 307) is provided. However, as this amplifier circuit, a resistor or a transistor (MOS transistor) may be provided instead of the constant
図8は、図7に示す各画素G11〜Gmnの構成例を示す回路図である。同図に示すように、画素は、フォトダイオードPD、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)としてのトランジスタT1〜T6、及び積分用のコンデンサとしてのキャパシタCから構成されている。トランジスタT1〜T6は、ここではPチャンネルMOSFETが採用されている。φVD、φV、φVPS、φRST、φS及びRSBは、各トランジスタやキャパシタCに対する信号(電圧)を示し、GNDは接地を示している。 FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration example of each of the pixels G11 to Gmn illustrated in FIG. As shown in the figure, the pixel includes a photodiode PD, transistors T1 to T6 as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), and a capacitor C as an integrating capacitor. Here, P-channel MOSFETs are employed as the transistors T1 to T6. φVD, φV, φVPS, φRST, φS, and RSB indicate signals (voltages) to the respective transistors and capacitors C, and GND indicates ground.
フォトダイオードPDは、感光部(光電変換部)であり、被写体からの入射光量に応じた電気信号(光電流IPD)を出力する。トランジスタT5は、図7に示す定電流源307と対になってソースフォロワ増幅用の増幅回路(ソースフォロワアンプ)を構成するものであり、後述する電圧VOUTに対する増幅(電流増幅)を行う。トランジスタT6は、ゲートに印加する電圧に応じてオン、オフされるスイッチとして動作する信号読み出し用のトランジスタである。すなわち、トランジスタT6のソースは、図7に示す出力信号線306に接続されており、オンした場合、トランジスタT5で増幅された電流を出力電流として出力信号線306へ導出する。
The photodiode PD is a photosensitive part (photoelectric conversion part) and outputs an electrical signal (photocurrent IPD) corresponding to the amount of incident light from the subject. The transistor T5 is paired with the constant
トランジスタT2は、同トランジスタのゲートに、光電流IPDに対して線形変換又は対数変換した電圧を発生させる。ところで、MOSFETでは、ゲート電圧が閾値以下の時に、サブスレッショルド電流と呼ばれる微小電流が流れるが、トランジスタT2はこのサブスレッショルド特性を利用して前記線形変換又は対数変換を行う。 The transistor T2 generates a voltage obtained by linear conversion or logarithmic conversion with respect to the photocurrent IPD at the gate of the transistor T2. By the way, in the MOSFET, a minute current called a subthreshold current flows when the gate voltage is equal to or lower than a threshold value. The transistor T2 performs the linear conversion or logarithmic conversion using this subthreshold characteristic.
具体的には、撮像する被写体の輝度が低い(被写体が暗い)場合、すなわち、フォトダイオードPDに入射される入射光量が少ない場合には、トランジスタT2のゲート電位が同トランジスタのソース電位より高くなっており、トランジスタT2が所謂カットオフ状態でありトランジスタT2にサブスレッショルド電流が流れず(トランジスタT2がサブスレッショルド領域で動作せず)、フォトダイオードPDで発生する光電流がフォトダイオードPDの寄生容量に流れて電荷が蓄積され、蓄積電荷量に応じた電圧が発生する。このときT1はオンされているので、上記の寄生容量に蓄積された電荷の量に応じた電圧が、電圧VGとしてトランジスタT2、T3のゲートに発生する。この電圧VGにより、トランジスタT3に電流が流れ、この電圧VGに比例した量の電荷がキャパシタCに蓄積される(トランジスタT3とキャパシタCとで積分回路を構成している)。そして、トランジスタT3とキャパシタCとの接続ノードa、すなわち出力VOUTには、光電流IPDの積分値に対して線形的に比例した電圧が現れる。このときトランジスタT4はオフ状態である。そして、トランジスタT6がオンされると、キャパシタCに蓄積された電荷がトランジスタT5を介して出力電流として出力信号線306に導出される。この出力電流は、光電流IPDの積分値を線形的に変換した値となっている。これが当該撮像センサ30の、線形特性領域における動作である。
Specifically, when the luminance of the subject to be imaged is low (the subject is dark), that is, when the amount of incident light incident on the photodiode PD is small, the gate potential of the transistor T2 becomes higher than the source potential of the transistor. The transistor T2 is in a so-called cut-off state, the subthreshold current does not flow through the transistor T2 (the transistor T2 does not operate in the subthreshold region), and the photocurrent generated in the photodiode PD becomes a parasitic capacitance of the photodiode PD. The charge flows and accumulates, and a voltage corresponding to the amount of accumulated charge is generated. At this time, since T1 is turned on, a voltage corresponding to the amount of charge accumulated in the parasitic capacitance is generated as the voltage VG at the gates of the transistors T2 and T3. The voltage VG causes a current to flow through the transistor T3, and an amount of charge proportional to the voltage VG is accumulated in the capacitor C (the transistor T3 and the capacitor C constitute an integration circuit). A voltage linearly proportional to the integral value of the photocurrent IPD appears at the connection node a between the transistor T3 and the capacitor C, that is, the output VOUT. At this time, the transistor T4 is in an off state. When the transistor T6 is turned on, the charge stored in the capacitor C is led to the
一方、撮像する被写体の輝度が高く(被写体が明るく)、フォトダイオードPDに入射される入射光量が多い場合には、トランジスタT2のゲート電位が同トランジスタのソース電位以下となり、トランジスタT2にサブスレッショルド電流が流れ(トランジスタT2がサブスレッショルド領域で動作し)、光電流IPDを自然対数的に変換した値の電圧VGがトランジスタT2、T3のゲートに発生する。そして、この電圧VGにより、トランジスタT3に電流が流れ、キャパシタCに、光電流IPDの積分値を自然対数的に変換した値と同等の電荷が蓄積される。これにより、キャパシタCとトランジスタT3との接続ノードa(出力VOUT)には、光電流IPDの積分値を自然対数的に変換した値に比例した電圧が生じる。このときトランジスタT4はオフ状態である。そして、トランジスタT6がオンされると、キャパシタCに蓄積された電荷がトランジスタT5を介して出力電流として出力信号線306に導出される。この出力電流は、光電流IPDの積分値を自然対数的に変換した値となっている。これが当該撮像センサ30の、対数特性領域における動作である。以上のように、各画素によって、入射光量(被写体輝度)に応じて線形的又は自然対数的に比例した電圧が出力される。
On the other hand, when the luminance of the subject to be imaged is high (the subject is bright) and the amount of incident light incident on the photodiode PD is large, the gate potential of the transistor T2 becomes equal to or lower than the source potential of the transistor T2, and the subthreshold current flows in the transistor T2. Flows (the transistor T2 operates in the subthreshold region), and a voltage VG having a value obtained by natural logarithmically conversion of the photocurrent IPD is generated at the gates of the transistors T2 and T3. The voltage VG causes a current to flow through the transistor T3, and a charge equivalent to a value obtained by natural logarithmically converting the integrated value of the photocurrent IPD is accumulated in the capacitor C. As a result, a voltage proportional to a value obtained by natural-logarithmically converting the integral value of the photocurrent IPD is generated at the connection node a (output VOUT) between the capacitor C and the transistor T3. At this time, the transistor T4 is in an off state. When the transistor T6 is turned on, the charge stored in the capacitor C is led to the
トランジスタT1は、リセット時のノイズデータ(トランジスタT2の製造バラツキに起因して発生するノイズ信号)を取り出す際に用いるためのスイッチである。トランジスタT1は、リセット時以外にはオン状態とされており、トランジスタT2(のドレイン)及びフォトダイオードPD間に光電流IPDが流れるようになっている。リセット時には、オフ状態となりフォトダイオードPDの光電流IPDが遮断され、前記のバラツキ分だけが取り出される。この取り出されたバラツキ分(ノイズ信号)は、後述の映像信号から減算される。 The transistor T1 is a switch used for extracting noise data at reset (noise signal generated due to manufacturing variation of the transistor T2). The transistor T1 is turned on except during reset, and a photocurrent IPD flows between the transistor T2 (the drain thereof) and the photodiode PD. At the time of reset, the photocurrent IPD of the photodiode PD is cut off and only the variation is taken out. The extracted variation (noise signal) is subtracted from the video signal described later.
トランジスタT4は、該トランジスタT4のゲートに印加される電圧に応じてオン、オフされるスイッチとして動作する、キャパシタCをリセットするためのトランジスタである。トランジスタT4がオンされるとリセット電圧(前記信号RSBの電圧)が印加され、キャパシタCに蓄積されていた電荷(電荷量)が元の状態、すなわち積分開始前の状態に戻される。 The transistor T4 is a transistor for resetting the capacitor C, which operates as a switch that is turned on and off according to a voltage applied to the gate of the transistor T4. When the transistor T4 is turned on, a reset voltage (the voltage of the signal RSB) is applied, and the charge (charge amount) accumulated in the capacitor C is returned to the original state, that is, the state before the start of integration.
図9は、撮像センサ30(画素)の撮像動作に関するタイミングチャートの一例である。ここではPチャンネルMOSFETの極性上、以下のようにHi(ハイ)でオフ、Low(ロー)でオンとなる。先ず、信号φVが符号311に示す位置でLowとなり、トランジスタT6がオンされ、映像信号が読み出される、すなわちキャパシタCに蓄積されている電荷が出力電流(映像信号)として出力信号線306に導出される。次に信号φSが符号312に示す位置でHiとなり、トランジスタT1がオフされてフォトダイオードPDが切り離される。次に信号φVPSが符号313に示す位置でHiとなり、トランジスタT2のリセットが行われる。また、トランジスタT2がリセットされるのと同時に、信号φRSTが符号314に示す位置でLowとなり、トランジスタT4がオンされ、キャパシタC(接続ノードa)に信号RSBによるリセット電圧が印加されて(接続ノードaの電位がRSBの電位(VRSB)となり)、キャパシタCの(電荷の)リセットが行われる。このようにトランジスタT2及びキャパシタCがリセットされた後、符号315に示す位置で信号φVが再度LowとなってトランジスタT6がオンされ、出力信号線306にノイズ信号が導出される。
FIG. 9 is an example of a timing chart regarding the imaging operation of the imaging sensor 30 (pixel). Here, due to the polarity of the P-channel MOSFET, it is turned off at Hi (High) and turned on at Low (Low) as follows. First, the signal φV becomes Low at the position indicated by
次に、信号φSが符号316に示す位置でLowになり(トランジスタT1がオンされ)、フォトダイオードPDの切り離しが解除される。そして、信号φVPSが符号318に示す位置で中電位Mとなって、残像低減のためにフォトダイオードPDの寄生容量のリセットを行う。また、次フレームの積分開始電圧を一定にするために、信号φRSTが符号317に示す位置で再度LowとなってトランジスタT4がオンされ、キャパシタCのリセットが再度行われる。
Next, the signal φS becomes Low at the position indicated by reference numeral 316 (the transistor T1 is turned on), and the separation of the photodiode PD is released. Then, the signal φVPS becomes the intermediate potential M at the position indicated by reference numeral 318, and the parasitic capacitance of the photodiode PD is reset to reduce the afterimage. Further, in order to make the integration start voltage of the next frame constant, the signal φRST becomes Low again at the position indicated by
その後、信号φVPSが符号319に示す位置でMからLowになり、フォトダイオードPDの寄生容量のリセットが終了する。併せて、信号φRSTもLowからHiとなりキャパシタCのリセット動作も終了される。このときの時刻t1からキャパシタCの積分が開始され、信号φVがHiからLowとなる符号311に示す位置、すなわち次フレームにおける映像信号の読み出しが開始される時刻t2までの間、当該積分が継続される。この時刻t1、t2間の時間がキャパシタCの積分時間、すなわち撮像における露光時間となる。この露光時間は、前記中電位Mとなる信号φVPSを与える時間ΔS(長さ)を制御することで制御される。この時間ΔSは、タイミング生成回路31を介したセンサ露光時間制御信号発生部522によって制御される。
Thereafter, the signal φVPS changes from M to Low at the position indicated by
信号φVDは、前記増幅回路(ソースフォロワアンプ)の動作範囲に合わせ込むべく、或いは映像信号やノイズ信号に発生するオフセットの調整を行うべく電位操作を行うものである。信号φVDのVh、Vm及びVlは、それぞれ高電位、中電位及び低電位を示している。 The signal φVD is used to perform a potential operation in order to adjust to the operating range of the amplifier circuit (source follower amplifier) or to adjust an offset generated in the video signal or noise signal. Vh, Vm, and Vl of the signal φVD indicate high potential, medium potential, and low potential, respectively.
撮像センサ30は、上述のように被写体の輝度に応じて線形変換又は対数変換した出力信号を得ることが可能であり、図10に示すような光電変換特性320を有している。同図に示すように、光電変換特性320は、変曲点321を境にして線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。この変曲点321は、線形特性領域から対数特性領域へ切り替わる点であり、この変曲点321のセンサ出力の値をVthで示している。一般的に、線形特性領域では、幅広い輝度範囲の被写体の撮像は不可能であるものの(ダイナミックレンジが狭い)、画像全体の階調性を高くすることができ(高いコントラストを得ることができ)、暗い被写体(例えば曇天時や日陰での被写体)であっても階調性豊かな高品位な画像を得ることができる。一方、対数特性領域では、高輝度での階調性は乏しくなるが、幅広い輝度範囲の被写体の撮像が可能であり(ダイナミックレンジが広い)、明るい被写体(例えば直射日光が照射されていたり、直射日光が背後に存在たりする被写体)であっても、暗い部分も含め、奥行きのある高品位な画像を得ることができる。
As described above, the
ところで、この光電変換特性320(変曲点321)は、トランジスタT2のソースに入力されている信号φVPSの、Hi及びLowの電圧の差を変化させることにより変化(移動)させることができる。すなわち、当該Hi時の電圧をVPHとし、Low時の電圧をVPLとすると、電圧の差ΔVPS(=VPH−VPL)(図9参照)を変化させることにより、図11に示すように、光電変換特性320(変曲点321)から、光電変換特性322(変曲点324)や光電変換特性323(変曲点325)へ任意に変化させることができる。このように光電変換特性が変化することにより、線形特性領域と対数特性領域との比率が変化し、光電変換特性322に示すように線形特性領域の割合が大きな光電変換特性、或いは光電変換特性323に示すように対数特性領域の割合が大きな光電変換特性を得ることができる。この場合、光電変換特性の全てが線形特性領域又は対数特性領域となるように変化させてもよい。
By the way, this photoelectric conversion characteristic 320 (inflection point 321) can be changed (moved) by changing the difference between the Hi and Low voltages of the signal φVPS input to the source of the transistor T2. That is, assuming that the voltage at the time of Hi is VPH and the voltage at the time of Low is VPL, by changing the voltage difference ΔVPS (= VPH−VPL) (see FIG. 9), as shown in FIG. The characteristic 320 (inflection point 321) can be arbitrarily changed to the photoelectric conversion characteristic 322 (inflection point 324) or the photoelectric conversion characteristic 323 (inflection point 325). As the photoelectric conversion characteristics change in this manner, the ratio between the linear characteristic area and the logarithmic characteristic area changes, and as shown in the
本実施形態では、電圧VPHを変化させることによりΔVPSを変化させ、撮像センサ30の光電変換特性を変化させている。図11では、VPHが高くなるほど(ΔVPSが大きくなるほど)、線形特性領域の割合が増えて光電変換特性322側へ変化し、VPHが低くなるほど(ΔVPSが小さくなるほど)、対数特性領域の割合が増えて光電変換特性323側へ変化する。この電圧VPHは、タイミング生成回路31を介したダイナミックレンジ制御信号発生部521によって制御される。
In the present embodiment, ΔVPS is changed by changing the voltage VPH, and the photoelectric conversion characteristics of the
なお、光電変換特性を上述のように変化させるために、電圧VPHとなる信号φVPSを与える時間ΔTを変化させてもよい。この場合、時間ΔTを長いほど線形特性領域の割合が大きくなり、短いほど対数特性領域の割合が大きくなるように光電変換特性が変化する。図11では、前記時間ΔTが長い場合が光電変換特性322に、時間ΔTが短い場合が光電変換特性323に相当する。
In order to change the photoelectric conversion characteristics as described above, the time ΔT for applying the signal φVPS that becomes the voltage VPH may be changed. In this case, the photoelectric conversion characteristics change so that the proportion of the linear characteristic region increases as the time ΔT increases, and the proportion of the logarithmic characteristic region increases as the time ΔT decreases. In FIG. 11, the case where the time ΔT is long corresponds to the photoelectric conversion characteristic 322, and the case where the time ΔT is short corresponds to the
(評価値検出ステップS1)
続いて、信号処理部40の評価値検出部405におけるAE評価値等の評価値の具体的な取得方法について説明する。
(ステップS1−1)静止画からの評価値検出例
図12は、上述した撮像センサ30が実際に撮像した静止画像から、被写体のAE評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである。すなわち、本実施形態にかかるデジタルカメラ1で静止画を撮影(本撮影)する場合において、その本撮影の前にAE評価値を取得するための静止画を撮影(予備撮影)し、該予備撮影画像に基づいてAE評価値を算出するフローを示している。この評価値検出手法は、デジタル一眼レフカメラ等の、撮影準備段階において被写体光像が光学ファインダに入射され撮像センサ30には入光しないタイプの撮像装置に好適な手法である。
(Evaluation Value Detection Step S1)
Next, a specific method for obtaining an evaluation value such as an AE evaluation value in the evaluation
(Step S1-1) Evaluation Value Detection Example from Still Image FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation example when the above-described
先ず、本デジタルカメラ1の電源スイッチ101が押下され電源ONとされている状態において、撮影開始の操作が為されたかが確認され(ステップS111)、レリーズスイッチ102が操作(例えば半押し操作)されると(ステップS111のYES)、予備撮影準備の動作が開始される(ステップS112)。
First, in the state where the
ステップS112では、AE評価値を算出するために予備撮影を行うに当り、当該予備撮影のためのダイナミックレンジ制御が行われる。ここでのダイナミックレンジ制御は、被写体の輝度を広い範囲で感知できるよう、撮像センサ30が最大のダイナミックレンジを備えるように制御される。つまり、デジタル一眼レフカメラ等においては、予備撮影のチャンスは本撮影の前の1回しかないことから、いかなる被写体であってもその輝度を確実に検出できるよう、広いダイナミックレンジに設定される。
In step S112, the dynamic range control for the preliminary shooting is performed when the preliminary shooting is performed in order to calculate the AE evaluation value. In this dynamic range control, the
このため、撮像センサ30が全領域において対数変換出力動作をなすよう、撮像センサ30の動作状態が制御される。具体的には、レリーズスイッチ102が半押しされると、全体制御部50から予備撮影モードへの移行指示が各部に出され、これを受けてダイナミックレンジ制御信号発生部521が、例えば図8に示すトランジスタT2のソースに入力されている信号φVPSの、Hi及びLowの電圧の差を変化させる(この場合、前述のΔVPSを小さくする。図9参照)信号を発生し、これにより撮像センサ30の対数特性領域の割合が増加されるよう制御される。なお、広いダイナミックレンジを確保するという観点からは全領域を対数特性領域とすることが望ましいが、必ずしも全領域を対数特性領域に変換せずとも良く、ある程度線形特性領域が残存していてもよい。
For this reason, the operation state of the
続いて、予備撮影のための露出制御が行われ、予備撮影が行われる(ステップS113)。具体的には、例えばセンサ露光時間制御信号発生部522が、前記信号φVPSが中電位Mとなる時間ΔSの長さを所定の露光時間に合わせて設定する駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路31に送ることで撮像センサ30の予備撮影用露出制御(露光量制御)が行われる。この他、シャッタ制御信号発生部523によって生成された制御信号に基づくシャッタ駆動部61によるシャッタ23のシャッタスピードの調整、及び絞り制御信号発生部525によって生成された制御信号に基づく絞り駆動部63により絞り22の調整によっても露出制御が行われる。このような露出制御が為された上で、静止画の予備撮影が行われる。そして、撮影された予備撮影画像に基づいて、評価値検出部405によりAE評価値が算出される(ステップS114)。このAE評価値算出ステップについては、後記で詳述する。AE評価値が算出されると予備撮影は終了し(ステップS115)、当該AE評価値に基づく露出制御が行われた上で本撮影が開始されることとなる(ステップS116)。なお、以上はAE評価値を取得する場合について説明したが、AF評価値やホワイトバランス評価値についても同様にして取得することができる。
Subsequently, exposure control for preliminary shooting is performed, and preliminary shooting is performed (step S113). Specifically, for example, the sensor exposure time control
(ステップS1−2)動画からの評価値検出例
図13は、撮像センサ30が継続的に撮像している動画像から、被写体のAE評価値等を検出する場合の動作例を示すフローチャートである。すなわち、本デジタルカメラ1が撮影待機中にある場合や、動画撮影モードにある場合、或いは本実施形態の撮像装置をデジタルムービィに適用した場合において、撮像センサ30が撮像している全てのフレーム画像を用いて、AE評価値を算出するフローを示している。
(Step S1-2) Evaluation Value Detection Example from Moving Image FIG. 13 is a flowchart showing an operation example in the case of detecting an AE evaluation value or the like of a subject from a moving image continuously captured by the
先ず、撮影開始の操作が為されたかが確認され(ステップS121)、例えばモード設定スイッチ105が操作されて動画撮影モードに移行され撮影開始が確認されると(ステップS121のYES)、動画の撮影が開始される(ステップS122)。この撮影開始時における撮像ダイナミックレンジ、露光時間、及び絞り等の各制御値は、初期設定値とされる。
First, it is confirmed whether or not an operation for starting shooting has been performed (step S121). For example, when the
続いて、ステップS122において撮像された画像に基づいて、評価値検出部405によりAE評価値が算出される(ステップS123)。そして検出されたAE評価値に基づいて、ダイナミックレンジ制御信号発生部521により信号φVPSの設定を変化させてダイナミックレンジを制御し、またシャッタ駆動信号発生部523及び絞り制御信号発生部525にて生成される制御信号により絞りを制御する等して、所定の撮像AE制御が行われる(ステップS124)。
Subsequently, an AE evaluation value is calculated by the evaluation
そして撮影が終了したかが確認され(ステップS125)、撮影の終了指令が無い場合は(ステップS125のNO)、前記ステップS123に戻り同様なAE評価値算出、及びステップS124の撮像AE制御が繰り返されるものである。すなわち、動画撮影が行われているときに、その撮影画像の全てがAE評価値検出のための評価画像として活用され、得られたAE評価値に基づいて次の撮影のための撮像AE制御が行われるというサイクルが繰り返されるものである。なお、撮影画像の全てを評価画像とせず、撮影画像の一部(例えば撮影画像の数フレームに1枚の割合)を評価画像とし、該評価画像からAE評価値を取得するようにしてもよい。 Then, it is confirmed whether or not the photographing has been completed (step S125). If there is no photographing termination command (NO in step S125), the process returns to step S123 and the same AE evaluation value calculation and imaging AE control in step S124 are repeated. It is what That is, when moving image shooting is being performed, all of the captured images are used as evaluation images for AE evaluation value detection, and imaging AE control for the next shooting is performed based on the obtained AE evaluation values. The cycle of being performed is repeated. Note that not all of the photographed images are evaluated images, but a part of the photographed images (for example, a ratio of one image per several frames of the photographed images) may be used as an evaluation image, and an AE evaluation value may be acquired from the evaluation image. .
(ステップS1−3)評価値の算出
次に、上記のフローにおける評価値算出のステップ(上記ステップS114、S123)について詳述する。図14は、評価値検出部405の機能を説明するための機能ブロック図である。評価値検出部405は、分割測光部4051、ヒストグラム算出部4052及び飽和判別部4055を備えている。
(Step S1-3) Calculation of Evaluation Value Next, the step of calculating the evaluation value in the above flow (the above steps S114 and S123) will be described in detail. FIG. 14 is a functional block diagram for explaining the function of the evaluation
分割測光部4051は、被写体に対する分割測光(マルチパターン測光)方式による測光を行うものである。すなわち、分割測光部4051は、撮像センサ30による撮像によって得られた撮影画像を所定数の領域(及び区画)に分割し、当該撮影画像(各領域や区画)における輝度を画像信号(画像データ)から検出するものである。図15は、撮像センサによる分割測光に際しての撮像領域(測光範囲)の分割の状態を示す模式図である。符号330は、撮像センサ30による撮像によって得られた撮像領域(撮像領域330)であり、この撮像領域330において被写体が撮影(撮像)される。この撮像領域330には撮像センサ30を構成する撮像素子に対応した多数の画素情報、すなわち被写体の輝度情報が含まれている。撮像領域330は、例えば撮像領域330の中央部である中央領域と、この中央領域の周辺部である周辺領域とに区分されており、さらに中央領域及び周辺領域はそれぞれ所定数の検出ブロック(検出区画)に分割されている。中央領域は、例えばA、B、C、・・・Z、AA、AB、・・・AJブロック(A〜AJブロック)といった36個の検出ブロックに分割されており、周辺領域は、例えば第1〜第16ブロックといった16個の検出ブロックに分割されている。本実施形態では、この中央領域に撮像されている被写体を主被写体とし(以降、中央領域のことを主被写体領域331という)、周辺領域に撮像されている被写体を周辺被写体と称する(以降、周辺領域のことを周辺被写体領域332という)。なお、主被写体領域331の中央部におけるO、P、U及びVブロックから形成される領域は、フォーカス制御のためのAF評価値の検出が行われるAF領域(AF領域333)となっている。また、主被写体領域331における(撮影画像の)輝度を主被写体輝度、周辺被写体領域332における輝度を周辺被写体輝度という。
The
ヒストグラム算出部4052は、各A〜AJブロック毎の主被写体輝度ヒストグラム(分布)を算出すると共に、このA〜AJブロック毎の主被写体輝度ヒストグラムを用いて、図16(a)に示すような主被写体領域331全体における主被写体全体輝度ヒストグラムを算出する。また、各第1〜第16ブロック毎の周辺被写体輝度ヒストグラムを算出すると共に、この第1〜第16ブロック毎の主被写体輝度ヒストグラムを用いて、図16(b)に示すような周辺被写体領域332全体における周辺被写体全体輝度ヒストグラムを算出する。
The
また、ヒストグラム算出部4052は、前記算出した主被写体全体輝度ヒストグラム及び周辺被写体全体輝度ヒストグラムを用いて、主被写体全体の輝度範囲及び周辺被写体全体の輝度範囲を算出する。この算出の際、所定の閾値を用いて足切りを行う、すなわちこの閾値より小さい度数の輝度データを使用しない。主被写体においては、図16(a)に示すように閾値D1にて足切りを行い、D1以上の度数を有する輝度の最小値L1〜最大値L8の範囲を主被写体全体輝度範囲とする。同様に、周辺被写体においては、図16(b)に示すように閾値D2にて足切りを行い、D2以上の度数を有する輝度の最小値L12〜最大値L19の範囲を主被写体全体輝度範囲とする。この閾値による「足切り」は、ノイズ等による誤差を低減するために行われる。なお、図16に示す各輝度ヒストグラムの輝度(画像(輝度)データ)は、ここでは説明の便宜上、L1〜L19などとしているが、実際には、例えば8ビットでの画像データを扱う場合には、256段階(階調)で表し、例えばL1〜L256となる。
In addition, the
ヒストグラム算出部4052は、平均輝度算出部4053及び最大/最小輝度算出部4054を備えている。平均輝度算出部4053は、各A〜AJブロック毎の主被写体の平均輝度、及び各第1〜第16ブロック毎の周辺被写体の平均輝度を算出する。この平均輝度は、R、G、Bの各色に対して算出される。当該平均輝度の算出においては、各A〜AJブロック及び各第1〜第16ブロック毎にそれぞれ主被写体輝度ヒストグラム及び周辺被写体輝度ヒストグラムを算出し、前記と同様に所定の閾値を設定して「足切り」を行い、この足切り後の各輝度値を平均することにより各平均輝度を得る。
The
最大/最小輝度算出部4054は、各A〜AJブロック毎の主被写体の最大/最小輝度、及び各第1〜第16ブロック毎の周辺被写体の最大/最小輝度を算出する。この場合も同様に、各ブロック毎に算出した主被写体輝度ヒストグラム又は周辺被写体輝度ヒストグラムに対して所定の閾値での「足切り」を行い、足切り後の各輝度値(輝度範囲)から最大又は最小輝度を算出する。
The maximum / minimum
なお、ヒストグラム算出部4052は、後述の飽和判別部4055による飽和判別に用いるべく、主被写体領域331及び周辺被写体領域332を合わせた全撮像領域(撮像領域330)における全領域輝度ヒストグラムを算出する。ただし、この全領域輝度ヒストグラムは、上記主被写体全体輝度ヒストグラム及び周辺被写体全体輝度ヒストグラムを合わせることによって算出してもよい。
The
飽和判別部4055は、前記ヒストグラム算出部4052によって算出された全領域輝度ヒストグラムに基づいて、AE(AF、WB)評価値検出時に撮像センサ30の出力が飽和しているか否かを判別するものである。
The
図17は、撮像センサの出力飽和時における全領域輝度ヒストグラムの一例を示すグラフ図である。同図中におけるPmaxは、撮像センサ30が飽和出力レベルVmax(撮像センサ30の出力レベルの最大値)となっているときのセンサ入射輝度(飽和輝度)を示し、Pmaxthは、飽和/非飽和の判別を行うべく所定の閾値として設定されたセンサ出力Vmaxthに対するセンサ入射輝度(輝度閾値)を示している。また、Dthは、同様に飽和/非飽和の判別を行うべく予め閾値として設定された度数(度数閾値)を示している。ただし、前記Vmaxは、実際の最大出力レベルとしての飽和出力レベルとしてもよいし、任意に設定した(例えばこの実際の最大出力レベルより幾分低く設定された出力レベルとしての)飽和出力レベルとしてもよい。
FIG. 17 is a graph showing an example of the entire region luminance histogram when the output of the image sensor is saturated. Pmax in the figure indicates the sensor incident luminance (saturated luminance) when the
飽和判別部4055は、全領域輝度ヒストグラム341において、輝度閾値Pmaxth以上及び度数閾値Dth以上となる同図中の符号342に示す斜線領域(飽和領域342という)における総度数、すなわち総画素数(飽和領域での総画素数を飽和画素数という)を算出し、該飽和画素数が所定数以上である場合に、撮像センサ30の出力レベルが飽和していると判別する(所定数より少ない場合は飽和していないと判別する)。なお、飽和/非飽和の判別は、飽和輝度Pmaxの度数(画素数)のみを用いて行ってもよい。
The
評価値検出部405は、上述のように、分割測光を行い、主被写体及び周辺被写体領域の各検出ブロックにおける輝度情報(画像データ)から、平均輝度、最大/最小輝度、輝度ヒストグラム或いは輝度範囲等の情報をAE(AF、WB)評価値として検出する。この評価値データは、情報受信部501を介して演算部510の各種評価値に対応するパラメータ算出部、例えばAE評価値であればAE制御パラメータ算出部5110に、AF評価値であればAF制御パラメータ算出部513に、WB評価値であればホワイトバランス制御パラメータ算出部514に出力され、当該各算出部においてこの評価値に基づき各種制御パラメータが算出される。
As described above, the evaluation
(AE制御パラメータ算出ステップS2)
続いて、本実施形態にかかる、撮像センサ30の光電変換特性に基づいた露光量制御及びダイナミックレンジ制御によるAE制御について以下に詳述する。図18は、AE制御を行う場合において、撮像センサの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、(a)は、露光量制御を行う場合の変化を示し、(b)は、ダイナミックレンジ制御を行う場合の変化を示す図である。図18(a)、(b)は、横軸がセンサ入射輝度、縦軸がセンサ出力であり、横軸は対数座標(センサ入射輝度の対数値)となっている。ただし、センサ入射輝度とは、撮像センサ30に入射された被写体の輝度を示しており、以降、単に輝度という。
(AE control parameter calculation step S2)
Subsequently, AE control by exposure amount control and dynamic range control based on the photoelectric conversion characteristics of the
前記露光量制御及びダイナミックレンジ制御は、具体的には、下記(A)、(B)の各制御に基づいて行われる。
(A)シャッタ23及び/又は撮像センサ30における露光時間、すなわちシャッタ23の開放時間及び/又は撮像センサ30の積分時間、及び/又は絞り23の開口面積の制御に基づく露光量制御。
(B)撮像センサ30の光電変換特性の制御(具体的には、光電変換特性の変曲点位置の制御;図22参照)に基づくダイナミックレンジ制御。
Specifically, the exposure amount control and the dynamic range control are performed based on the following controls (A) and (B).
(A) Exposure amount control based on controlling the exposure time in the
(B) Dynamic range control based on control of photoelectric conversion characteristics of the image sensor 30 (specifically, control of the inflection point position of the photoelectric conversion characteristics; see FIG. 22).
本実施形態においては、AE制御を行うに際し、上記(A)の露光量制御に関する露光量制御パラメータの算出、(B)のダイナミックレンジ制御に関するダイナミックレンジ制御パラメータの算出のいずれかを優先させて行うということが特徴点となるが、まずは、(A)、(B)の制御それぞれについて説明し、後記において当該いずれかの制御パラメータの算出を優先させることについて詳述する。 In the present embodiment, when performing the AE control, priority is given to either the calculation of the exposure amount control parameter related to the exposure amount control (A) or the calculation of the dynamic range control parameter related to the dynamic range control (B). This is a characteristic point. First, each of the controls (A) and (B) will be described, and the priority given to the calculation of one of the control parameters will be described in detail later.
(ステップS2−1)露光量制御パラメータの算出
先ず(A)の場合の露光量制御について図18(a)を用いて説明する。光電変換特性601は、AE評価値取得時点において光電変換特性情報記憶部516に記憶されている撮像センサ30の光電変換特性である。光電変換特性601は変曲点603(このときのセンサ出力はVth)を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。この光電変換特性601が、露光量設定用の所定の輝度(露光量設定用輝度)に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性602へ変化する露光量を得るための露光量制御パラメータ(露光量設定値)、すなわち前記露光時間を制御するための露光時間設定値及び絞りの開口面積を制御するための絞り設定値が、露光量制御パラメータ算出部511によって算出される。
(Step S2-1) Calculation of Exposure Amount Control Parameter First, exposure amount control in the case of (A) will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion characteristic 601 is the photoelectric conversion characteristic of the
ここでは、光電変換特性601の線形特性領域における所定の輝度Lt1(前記露光量設定用輝度に相当)に対するセンサ出力の値(点605でのセンサ出力)が、Vtarget(点606でのセンサ出力)となるような光電変換特性602を算出する、換言すれば、光電変換特性601を、点606を通る光電変換特性602となるように符合608に示す矢印方向(矢印608方向)に向けて変化(移動)させる(このとき、変曲点603は変曲点604へ平行移動され、センサ出力Vthの値は変化しない)。ただし、Vtargetとは、センサ出力の或る目標となるターゲット出力であり、予め設定された値である。このVtargetは露光量制御パラメータ算出部511等に記憶されている。
Here, the sensor output value (sensor output at point 605) with respect to a predetermined luminance Lt1 (corresponding to the exposure amount setting luminance) in the linear characteristic region of the photoelectric conversion characteristic 601 is Vtarget (sensor output at point 606). In other words, the photoelectric conversion characteristic 602 is changed in the direction indicated by the arrow 608 (the direction of the arrow 608) so that the photoelectric conversion characteristic 601 becomes the photoelectric conversion characteristic 602 passing through the point 606 ( (At this time, the
この場合、輝度Lt1におけるセンサ出力が、光電変換特性601の点605でのセンサ出力から光電変換特性602の点606でのセンサ出力(Vtarget)まで増加するように、すなわち同じ大きさの輝度に対するセンサ出力が増加するように、露光量の増加を図ることができる露光時間設定値や絞り設定値が算出される。別の見方をすれば、Vtargetに相当する輝度がLt2(点607での輝度)からLt1へ変化し、すなわちVtargetのセンサ出力を得るための輝度がLt2より小さいLt1で済むように当該露光量が増加される露光時間設定値や絞り設定値が、露光量制御パラメータ算出部511によって算出される。このとき、当該露光時間設定値や絞り設定値に基づいて、シャッタ23の開放時間又は撮像センサ30による積分時間が増加され、また、絞り22の開口面積が増加されるように制御される。
In this case, the sensor output at the luminance Lt1 increases from the sensor output at the
なお、光電変換特性601から光電変換特性602へ変化する場合、Vmaxにおける輝度がLm2からLm1まで変化(低下)し、ダイナミックレンジは低下する。Vmaxとは、撮像センサ30におけるセンサ出力の最大値、すなわち飽和出力レベルである。ただし、当該Vmaxは、物理的な最大出力レベルとしての飽和出力レベルとしてもよいし、任意に設定した(例えばこの物理的な最大出力レベルより幾分低く設定された出力レベルとしての)飽和出力レベルとしてもよい。
When the photoelectric conversion characteristic 601 changes to the photoelectric conversion characteristic 602, the luminance at Vmax changes (decreases) from Lm2 to Lm1, and the dynamic range decreases. Vmax is the maximum value of the sensor output in the
また、図18(a)の場合では、露光量設定用輝度(Lt1)に対してVtargetを得るために、光電変換特性を矢印608方向に変化させているが、矢印608方向と逆方向(右方向)に向けて変化(移動)させてもよい。また、AE評価値取得時における光電変換特性が、既に上述のように露光量設定用輝度に対してVtargetが得られるものとなっている場合には、光電変換特性は変化(移動)されない。ただし、この場合、前回のAE評価値取得時における露光時間設定値や絞り設定値と同じ値になったとしても、今回における露光時間設定値や絞り設定値の算出が行われる構成であってもよい。
In the case of FIG. 18A, the photoelectric conversion characteristic is changed in the direction of the
(ステップS2−2)ダイナミックレンジ制御パラメータの算出
次に、前記(B)の場合のダイナミックレンジ制御について図18(b)を用いて説明する。光電変換特性701は、AE評価値取得時において光電変換特性情報記憶部516に記憶されている撮像センサ30の光電変換特性である。光電変換特性701は変曲点703(このときのセンサ出力はVth1)を境として線形特性領域と対数特性領域とに分かれている。ダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)は、この光電変換特性701が、ダイナミックレンジ設定用の所定の輝度(ダイナミックレンジ設定用輝度)に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性702へと変化されるような光電変換特性の制御値、具体的には、変化後の光電変換特性(702)における変曲点(変曲点704)の位置(該変曲点に対する出力レベル)に関する設定値として求められる。この光電変換特性設定値はダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512により算出される。
(Step S2-2) Calculation of Dynamic Range Control Parameter Next, dynamic range control in the case of (B) will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion characteristic 701 is the photoelectric conversion characteristic of the
ここでは、ダイナミックレンジにおける最大輝度として設定した輝度Lm20をダイナミックレンジ設定用被写体輝度とし、該輝度Lm20に対するセンサ出力の値が、撮像センサ30の飽和出力レベルであるVmax(図18(a)に示すVmaxと同様)となるように光電変換特性曲線702を算出する。換言すれば、光電変換特性701を、点704を通る光電変換特性702となるように符合705に示す矢印方向(矢印705方向)に向けて変化させる。このとき、変曲点703は変曲点704へ移り、該変曲点に対するセンサ出力もVth1からVth2へ変化する。
Here, the luminance Lm20 set as the maximum luminance in the dynamic range is set as the subject luminance for dynamic range setting, and the value of the sensor output for the luminance Lm20 is the saturation output level Vmax (shown in FIG. 18A). The photoelectric conversion
この場合、輝度Lm20におけるセンサ出力が点706でのセンサ出力(Vover:Vmaxを超えるセンサ出力値)から点707でのセンサ出力(Vmax)まで減少されるような光電変換特性設定値が算出される。別の見方をすれば、センサ出力Vmaxを得ることが可能な最大輝度がLm10(点708での輝度)からLm20へと大きくなるような(ダイナミックレンジを広げるような)光電変換特性設定値が、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512によって算出される。 In this case, a photoelectric conversion characteristic setting value is calculated such that the sensor output at luminance Lm20 is reduced from the sensor output at point 706 (Vover: sensor output value exceeding Vmax) to the sensor output at point 707 (Vmax). . From another point of view, the photoelectric conversion characteristic setting value such that the maximum luminance capable of obtaining the sensor output Vmax increases from Lm10 (luminance at the point 708) to Lm20 (expands the dynamic range) Calculated by the dynamic range control parameter calculation unit 512.
なお、光電変換特性701から光電変換特性702へ変化する場合、Vtargetにおける輝度はLt10からLt20まで変化(増加)し、露光量は低下する。ただし、この図18(b)に示すVtargetは、露光量の変化について説明するために設定したものであり、図18(a)に示すVtargetの値とは異なっていてもよい。 Note that when the photoelectric conversion characteristic 701 changes to the photoelectric conversion characteristic 702, the luminance in Vtarget changes (increases) from Lt10 to Lt20, and the exposure amount decreases. However, the Vtarget shown in FIG. 18B is set to explain the change in the exposure amount, and may be different from the value of Vtarget shown in FIG.
また、図18(b)の場合では、ダイナミックレンジ設定用輝度(Lm20)に対してVmaxを得るために、光電変換特性を矢印705方向に変化させているが、矢印705方向と逆方向(上方向)に向けて変化させてもよい。また、AE評価値取得時点における光電変換特性が、上述のようにダイナミックレンジ設定用輝度に対してVmaxが得られるものとなっている場合には、光電変換特性は変化されない。ただし、この場合、前回のAE評価値取得時における光電変換特性設定値と同じ値になったとしても今回における光電変換特性設定値の算出が行われる構成であってもよい。
In the case of FIG. 18B, in order to obtain Vmax with respect to the dynamic range setting luminance (Lm20), the photoelectric conversion characteristic is changed in the
このように前記(A)の露光量制御、及び(B)のダイナミックレンジ制御によるAE制御により、露光量設定用輝度を光電変換特性の線形特性領域で撮影し、且つ所定のセンサ出力レベルで出力すると共に、ダイナミックレンジ設定用輝度(ここでは被写体の最大輝度;ダイナミックレンジにおける最大輝度)がセンサ飽和出力レベル以下となるようにして撮影することが可能となる。 As described above, the exposure amount setting brightness is photographed in the linear characteristic region of the photoelectric conversion characteristic by the AE control by the exposure amount control of (A) and the dynamic range control of (B), and output at a predetermined sensor output level. At the same time, it is possible to take a picture so that the dynamic range setting brightness (here, the maximum brightness of the subject; the maximum brightness in the dynamic range) is equal to or lower than the sensor saturation output level.
(露光量制御パラメータの算出方法の詳細説明)
ここで、前記図18(a)の露光量制御の場合における、評価値検出部405によって検出されたAE評価値に基づく、露光量制御パラメータ算出部511による露光量制御パラメータ(露光時間設定値及び絞り設定値)の算出について、より具体的に説明する。
(Detailed explanation of exposure amount control parameter calculation method)
Here, in the case of the exposure amount control of FIG. 18A, the exposure amount control parameter (exposure time setting value and the exposure time control value) by the exposure amount control
図19は、図18(a)における輝度Lt1(露光量設定用輝度)に対するセンサ出力の値がVtargetとなるようにするための演算方法の一例について説明する図である。同図における光電変換特性α1は、AE評価値取得時における光電変換特性であり、変曲点611(これに対するセンサ出力はVth)を境として線形特性領域612と対数特性領域613とに分かれている。光電変換特性β1は、光電変換特性α1における対数特性領域613を線形特性(線形特性領域614)に変換した場合の、すなわち全て線形特性領域となる光電変換特性を示している。
FIG. 19 is a diagram for explaining an example of a calculation method for causing the sensor output value to be Vtarget with respect to the luminance Lt1 (exposure amount setting luminance) in FIG. A photoelectric conversion characteristic α1 in the figure is a photoelectric conversion characteristic at the time of obtaining the AE evaluation value, and is divided into a linear
図19に示すA点におけるLtLinは、光電変換特性α1の線形特性領域612における平均輝度(線形特性領域平均輝度)であり、この輝度LtLinに対するセンサ出力がVtLinとなっている。また、B点におけるLtLogは、光電変換特性α1の対数特性領域613における平均輝度(対数特性領域平均輝度)であり、この輝度LtLogに対するセンサ出力がVtLogとなっている。先ず、この光電変換特性α1の対数特性領域613におけるLtLogに対するB点が、線形特性領域614上のC点に移るように、すなわち対数特性領域613におけるLtLogに対するセンサ出力の値(VtLog)が線形特性領域614での値(VtLogLin)となるようにデータ変換が行われる(これにより、光電変換特性α1での各データを線形特性領域でのデータに統一して扱えるようになる)。前記対数特性領域613(光電変換特性α1)から線形特性領域614(光電変換特性β1)へのデータ変換は、LUT記憶部518に記憶されているLUTを用いて行われる。そして、A点でのVtLinとC点でのVtLogLinとから、以下の式により、D点でのセンサ出力VtAveが算出される。なお、VtAveにおける輝度LtAveが、図18(a)に示す露光量設定用輝度としてのLt1に相当する。
LtLin at point A shown in FIG. 19 is the average luminance (linear characteristic region average luminance) in the linear
VtAve=(VtLin*k1)+(VtLogLin*(1−k1))
ただし、k1=m/(m+n)
m:A点の輝度LtLinの算出時に用いた総画素数
n:B点の輝度LtLogの算出時に用いた総画素数
このように、LtLin及びLtLogの値から、VtLin及びVtLogLinの値を算出し、VtLin及びVtLogLinの値からVtAveを算出する。
VtAve = (VtLin * k1) + (VtLogLin * (1-k1))
However, k1 = m / (m + n)
m: the total number of pixels used when calculating the luminance LtLin of point A n: the total number of pixels used when calculating the luminance LtLog of point B VtAve is calculated from the values of VtLin and VtLogLin.
次に、このVtAveが、図18(a)に示すVtargetとなるような露光量の増幅率Gain(ゲイン)、この露光量の増幅率Gainに基づく露光時間の増幅率Gt及び絞りの増幅率Gs、さらに、増幅率Gt及びGsに基づくそれぞれ露光時間T2及び絞りの開口面積S2を以下の式により算出する。ただし、当該各式を用いたGt及びGsの値の算出は、以下図20に示すフローチャートによる場合分けによって決定される。 Next, the exposure gain A gain such that this VtAve becomes the V target shown in FIG. 18A, the exposure time gain Gt based on the exposure gain A and the aperture gain Gs. Further, the exposure time T2 and the aperture area S2 of the stop based on the amplification factors Gt and Gs are calculated by the following equations. However, the calculation of the values of Gt and Gs using the respective equations is determined by case classification according to the flowchart shown in FIG.
Gain=Vtarget/VtAve
Gt*Gs=Gain
Gain = Vtarget / VtAve
Gt * Gs = Gain
≪露光時間に関する増幅率を算出する式≫
Tmax/T1=Gtmax(露光時間の最大増幅率)
Tmin/T1=Gtmin(露光時間の最小増幅率)
Gain/Gtmax=GGtmax(最大増幅率での不足分を補うための増幅率)
Gain/Gtmin=GGtmin(最小増幅率での不足分を補うための増幅率)
T2=T1*Gt
ただし、T1:AE評価値検出時の露光時間
T2:AE補正後の露光時間
Tmax:撮像センサ30の最大露光時間
Tmin:撮像センサ30の最小露光時間
≪Formula for calculating amplification factor for exposure time≫
Tmax / T1 = Gtmax (maximum amplification factor of exposure time)
Tmin / T1 = Gtmin (minimum gain of exposure time)
Gain / Gtmax = GGtmax (amplification factor to compensate for the shortage at the maximum amplification factor)
Gain / Gtmin = GGtmin (amplification factor to compensate for the shortage at the minimum amplification factor)
T2 = T1 * Gt
T1: Exposure time when AE evaluation value is detected
T2: Exposure time after AE correction
Tmax: Maximum exposure time of the
Tmin: Minimum exposure time of the
≪絞りに関する増幅率を算出する式≫
Smax/S1=Gsmax(絞りの最大増幅率)
Smin/S1=Gsmin(絞りの最小増幅率)
Gain/Gsmax=GGsmax(最大増幅率での不足分を補うための増幅率)
Gain/Gsmin=GGsmin(最小増幅率での不足分を補うための増幅率)
S2=S1*Gs
ただし、S1:AE評価値検出時の絞りの開口面積
S2:AE補正後の絞りの開口面積
Smax:絞り22の最大開口率
Smin:絞り22の最小開口率
≪Formula for calculating the gain related to the aperture≫
Smax / S1 = Gsmax (maximum aperture gain)
Smin / S1 = Gsmin (minimum aperture gain)
Gain / Gsmax = GGsmax (amplification factor to compensate for the shortage at the maximum amplification factor)
Gain / Gsmin = GGsmin (amplification factor to compensate for the shortage at the minimum amplification factor)
S2 = S1 * Gs
However, S1: Aperture aperture area when AE evaluation value is detected
S2: Aperture aperture area after AE correction
Smax: Maximum aperture ratio of the
Smin: Minimum aperture ratio of the
図20のフローチャートに示すように、先ず、VtAveがVtargetの値と同じ値である場合、すなわち露光量の増幅率Gain=1.0であり、露光量の制御(露光量制御パラメータの変更)が必要ない場合には(ステップS11のYES)、露光時間の増幅率Gt=1.0及び絞りの増幅率Gs=1.0となり(ステップS12)、露光時間及び絞りの開口面積は変更されない。増幅率Gain=1.0でなく(ステップS11のNO)、また、Gain>1.0であり(ステップS13のYES)、且つGain>Gtmaxでない場合には(ステップS14のNO)、すなわちGainが1.0より大きく、露光量の制御が必要であり、露光量の増幅率Gainが露光時間の増幅率Gt(最大増幅率Gtmax以下の増幅率Gt)にて対応できる場合には、Gt=Gain及びGs=1.0となる(ステップS15)。 As shown in the flowchart of FIG. 20, first, when VtAve is the same value as the value of Vtarget, that is, the exposure amount gain Gain = 1.0, the exposure amount control (change of the exposure amount control parameter) is performed. If not necessary (YES in step S11), the exposure time gain Gt = 1.0 and the aperture gain Gs = 1.0 (step S12), and the exposure time and aperture aperture area are not changed. When the gain Gain is not 1.0 (NO in step S11), and Gain> 1.0 (YES in step S13) and Gain> Gtmax is not satisfied (NO in step S14), that is, Gain is If the exposure amount control is larger than 1.0 and the exposure amount gain Gain can be dealt with by the exposure time gain Gt (the gain Gt below the maximum gain Gtmax), Gt = Gain. And Gs = 1.0 (step S15).
前記ステップS13において、Gain>1.0でなく(ステップS13のNO)、且つGain<Gtminでない場合には(ステップS16のNO)、前記ステップS15の場合と同様に、Gainが1.0より小さく露光量の制御が必要であり、露光量の増幅率Gainが、露光時間の増幅率Gt(最小増幅率Gtmin以上の増幅率Gt)にて対応できるため、Gt=Gain及びGs=1.0となる(ステップS17)。 In Step S13, if Gain> 1.0 is not satisfied (NO in Step S13) and Gain <Gtmin is not satisfied (NO in Step S16), Gain is smaller than 1.0 as in Step S15. The exposure amount needs to be controlled, and the exposure amount gain Gain can be handled by the exposure time gain Gt (amplification rate Gt greater than or equal to the minimum gain Gtmin), so that Gt = Gain and Gs = 1.0. (Step S17).
前記ステップS14において、Gain>Gtmaxであり(ステップS14のYES)、且つGsmax>GGtmaxである場合には(ステップS18のYES)、Gt=Gtmax及びGs=GGtmaxとなる(ステップS19)。このステップS19では、露光量の増幅率Gainが、露光時間の最大増幅率Gtmaxよりも大きな値となってしまい、絞りの増幅率Gsを変化させることなく(Gs=1.0)、露光時間の増幅率Gtだけで対応することできないため、当該Gainに対するGtの増幅率の不足分を、絞りの増幅率Gsを変化させることで対応(補充)している。ただし、この絞りの増幅率Gsの値としては、露光時間の最大増幅率Gtmaxでの不足分を補うための増幅率GGtmaxが用いられる。これは、増幅率GGtmaxが、絞りの最大増幅率Gsmaxよりも小さい値であるため(絞りの最大増幅率Gsmaxを用いる必要がなく)、露光時間に関する増幅率GGtmaxを用いている。これにより、絞りを制御するための値(増幅率
)を、前記絞りに関する増幅率を算出する式を用いて算出する手間が省かれる。
If Gain> Gtmax in step S14 (YES in step S14) and Gsmax> GGtmax (YES in step S18), Gt = Gtmax and Gs = GGtmax are satisfied (step S19). In this step S19, the amplification factor Gain of the exposure amount becomes a value larger than the maximum amplification factor Gtmax of the exposure time, and without changing the aperture amplification factor Gs (Gs = 1.0), Since the amplification rate Gt alone cannot be used, the shortage of the amplification rate of Gt relative to the gain is handled (supplemented) by changing the aperture amplification rate Gs. However, as the value of the aperture gain Gs, the gain GGtmax for compensating for the shortage of the exposure time with the maximum gain Gtmax is used. This is because the amplification factor GGtmax is smaller than the maximum aperture amplification factor Gsmax (it is not necessary to use the maximum aperture amplification factor Gsmax), and therefore the amplification factor GGtmax related to the exposure time is used. This saves the effort of calculating the value (amplification factor) for controlling the diaphragm using the formula for calculating the amplification factor for the diaphragm.
また、前記ステップS16において、Gain<Gtminであり(ステップS16のYES)、且つGsmin<GGtminである場合には(ステップS21のYES)、Gt=Gtmin及びGs=GGtminとなる(ステップS22)。この場合も前記ステップS19と同様に、露光量の増幅率Gainが、露光時間の最小増幅率Gtminよりも小さな値となってしまい、絞りの増幅率Gsを変化させることなく(Gs=1.0)、露光時間の増幅率Gtだけで対応することできないため、Gainに対するGtの増幅率の不足分を、絞りの増幅率Gsを変化させることで対応している。ただし、この絞りの増幅率Gsの値としては、露光時間の最小増幅率Gtminでの不足分を補うための増幅率GGtminが用いられる。これは、増幅率GGtminが、絞りの最小増幅率Gsminよりも小さい値であるため(絞りの最小増幅率Gsminを用いる必要がなく)、露光時間に関する増幅率GGtminを用いている。この場合も同様に、絞りを制御するための値(増幅率)を、前記絞りに関する増幅率を算出する式を用いて算出する手間が省かれる。 If Gain <Gtmin in step S16 (YES in step S16) and Gsmin <GGtmin (YES in step S21), Gt = Gtmin and Gs = GGtmin are satisfied (step S22). In this case as well, as in step S19, the gain of the exposure amount is smaller than the minimum gain Gtmin of the exposure time, and the aperture gain Gs is not changed (Gs = 1.0). ) Since the exposure time gain Gt cannot be dealt with alone, the shortage of the gain gain of Gt relative to Gain is dealt with by changing the aperture gain Gs. However, an amplification factor GGtmin for compensating for the shortage of the minimum amplification factor Gtmin of the exposure time is used as the value of the amplification factor Gs of the diaphragm. This is because the gain GGtmin is smaller than the minimum aperture gain Gsmin (it is not necessary to use the minimum aperture gain Gsmin), and therefore the gain GGtmin related to the exposure time is used. In this case as well, the effort to calculate the value (amplification factor) for controlling the diaphragm using the formula for calculating the amplification factor for the diaphragm is saved.
前記ステップS18において、Gsmax>GGtmaxでない場合には(ステップS18のNO)、Gt=Gtmax及びGs=Gsmaxとなる(ステップS20)。また、前記ステップS21において、Gsmin<GGtminでない場合には(ステップS21のNO)、Gt=Gtmin及びGs=Gsminとなる(ステップS23)。前記ステップS20においては、増幅率GGtmaxが、絞りの最大増幅率Gsmax以上の値となる場合に、絞りの増幅率Gsの値として最大増幅率Gsmaxが用いられている。同様に、前記ステップS23においては、増幅率GGtminが、絞りの最小増幅率Gsmin以下の値となる場合に、絞りの増幅率Gsの値として最小増幅率Gsminが用いられている。 If Gsmax> GGtmax is not satisfied in step S18 (NO in step S18), Gt = Gtmax and Gs = Gsmax are satisfied (step S20). In step S21, when Gsmin <GGtmin is not satisfied (NO in step S21), Gt = Gtmin and Gs = Gsmin are satisfied (step S23). In step S20, when the gain GGtmax is equal to or greater than the maximum aperture gain Gsmax, the maximum gain Gsmax is used as the aperture gain Gs. Similarly, in step S23, when the gain GGtmin is equal to or less than the minimum gain Gsmin of the aperture, the minimum gain Gsmin is used as the value of the aperture gain Gs.
なお、本実施形態では、図20のフローチャートに示すように、露光量の増幅率Gainを得るための制御パラメータを選択する際、露光時間の増幅率Gtを優先させている(露光時間の制御を優先させている)が、絞りの増幅率Gsを優先させる(絞りの制御を優先させる)構成であってもよい。また、本実施形態では、1つの露光量設定用輝度(Lt1)に対して、増幅率Gt及びGsの算出を行っているが、2つ以上の露光量設定用輝度に対して同様の算出を行ってもよく、この場合には、それぞれで算出した増幅率(Gt、Gs)の平均値、或いは最大値や最小値を用いる構成であってもよい。 In the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 20, when selecting a control parameter for obtaining the exposure amount gain Gain, priority is given to the exposure time gain Gt (exposure time control). (Prioritized) may be configured to prioritize the aperture gain Gs (prioritize aperture control). In this embodiment, the amplification factors Gt and Gs are calculated for one exposure amount setting luminance (Lt1), but the same calculation is performed for two or more exposure amount setting luminances. In this case, an average value of the amplification factors (Gt, Gs) calculated respectively, or a configuration using a maximum value or a minimum value may be used.
このようにして増幅率Gt、Gsが算出され、このGt、GsからそれぞれAE補正後の露光時間T2、AE補正後の絞りの開口面積S2が算出される。そして、これらT2及びS2に応じた撮像センサ30やシャッタ23に対する設定値(露光時間設定値)、或いは絞り22に対する設定値(絞り設定値)が、それぞれLUTを用いたデータ変換によって算出される。そして、当該データ変換によって得られた露光時間設定値や絞り設定値は、光電変換特性情報記憶部516に記憶される(或いは前回のAE評価値取得時点における露光時間設定値や絞り設定値を、当該新たに得られた同設定値で更新する構成であってもよい。以下の光電変換特性設定値に対しても同様である)。
In this way, the amplification factors Gt and Gs are calculated, and the exposure time T2 after AE correction and the aperture area S2 of the stop after AE correction are calculated from the Gt and Gs, respectively. Then, a setting value (exposure time setting value) for the
なお、シャッタ制御信号発生部523及び絞り制御信号発生部525は、それぞれ露光量制御パラメータ算出部511で算出された露光時間設定値及び絞り設定値に基づいて、撮像センサ30やシャッタ23による露光時間(積分時間)が前記T2となるような、或いは絞り22の開口面積が前記S2となるような、シャッタ駆動部61及び絞り駆動部63に対する制御信号を発生させる。
The shutter control
ここで、前記図19に示す線形特性領域平均輝度LtLinに対応するセンサ出力レベルVtLin及び対数特性領域平均輝度LtLogに対応するセンサ出力レベルVtLogの具体的な算出方法について説明する。先ず、線形特性領域平均輝度LtLinに対応するセンサ出力レベルVtLinの算出方法について説明する。図15に示す主被写体領域331における各検出ブロック(A〜AJブロック)によって検出した被写体の輝度情報を基に、当該各検出ブロック毎の線形特性領域での平均輝度(ブロック線形平均輝度という)を算出する。このブロック線形平均輝度の算出は、R、G及びBの3色それぞれの線形特性領域の平均値(色線形平均値という)を用いて行う。すなわち、A〜AJブロックから得られるR色の色線形平均値をそれぞれAveRA、AveRB、・・・AveRAJとして算出し、同様に、G色、及びB色の色線形平均値をそれぞれAveGA、AveGB、・・・AveGAJ、及びAveBA、AveBB、・・・AveBAJとして算出する。そして、これらRGB各色の色線形平均値を用いて、以下の色空間変換を行う式により、A〜AJブロック毎のブロック線形平均輝度を算出する。例えばAブロックに対するブロック線形平均輝度をAveYAとすると、AveYAは次式にて求めることができる。
Here, a specific calculation method of the sensor output level VtLin corresponding to the linear characteristic region average luminance LtLin and the logarithmic characteristic region average luminance LtLog shown in FIG. 19 will be described. First, a method for calculating the sensor output level VtLin corresponding to the linear characteristic region average luminance LtLin will be described. Based on the luminance information of the subject detected by each detection block (A to AJ blocks) in the main
AveYA=AveRA*K1+AveGA*K2+AveBA*K3
ただし、K1、K2、K3:RGBからYCbCrへの色空間変換に用いる係数であり、例えばK1=0.2989、K2=0.5866、K3=0.1145である。
AveYA = AveRA * K1 + AveGA * K2 + AveBA * K3
However, K1, K2, K3: coefficients used for color space conversion from RGB to YCbCr, for example, K1 = 0.22989, K2 = 0.5866, and K3 = 0.1145.
他のB〜AJブロックに対しても同様に演算し、この結果、A〜AJブロック毎のブロック線形平均輝度AveYA、AveYB、・・・AveYAJを算出する。そして、さらにこれらブロック線形平均輝度AveYA、AveYB、・・・AveYAJ全体での平均値を算出する。この平均値のことをMainYとすると、MainYが前記線形特性領域平均輝度LtLinに対応するセンサ出力レベルVtLinとなる。 The same calculation is performed for the other B to AJ blocks, and as a result, block linear average luminances AveYA, AveYB,... AveYAJ for each of the A to AJ blocks are calculated. Further, an average value of these block linear average luminances AveYA, AveYB,... AveYAJ is calculated. When this average value is MainY, MainY becomes a sensor output level VtLin corresponding to the linear characteristic region average luminance LtLin.
一方、対数特性領域平均輝度LtLogに対応するセンサ出力レベルVtLogの算出も、前記線形特性領域平均輝度LtLinの場合と同様にして行う。すなわち、図15に示す主被写体領域331におけるA〜AJブロックによって検出した被写体の輝度情報を基に、当該各検出ブロック毎の対数特性領域での平均輝度(ブロック対数平均輝度という)を算出する。このブロック対数平均輝度の算出は、R、G及びBの3色それぞれの対数特性領域の平均値(色対数平均値という)を用いて行う。すなわち、A〜AJブロックから得られるR色の色対数平均値をそれぞれAveRLogA、AveRLogB、・・・AveRLogAJとして算出し、同様に、G色、及びB色の色対数平均値をそれぞれAveGLogA、AveGLogB、・・・AveGLogAJ、及びAveBLogA、AveBLogB、・・・AveBLogAJとして算出する。
On the other hand, the calculation of the sensor output level VtLog corresponding to the logarithmic characteristic region average luminance LtLog is also performed in the same manner as in the case of the linear characteristic region average luminance LtLin. That is, based on the luminance information of the subject detected by the A to AJ blocks in the main
ところで、これら対数特性領域でのRGB各色の色対数平均値は、一旦、LUT記憶部518に記憶されているLUTを用いて線形特性領域での値に変換して線形データとしておき、この線形データに変換された値を用いて前記と同様に色空間変換の式を用い、A〜AJブロック毎のブロック対数平均輝度AveYLogA、AveYLogB、・・・AveYLogAJを算出する。そして、さらにこれらブロック対数平均輝度AveYLogA、AveYLogB、・・・AveYLogAJ全体での平均値を算出する。この平均値のことをMainYLogとすると、MainYLogが前記線形特性領域平均輝度LtLogに対応するセンサ出力レベルVtLogLinとなる。なお、前記各A〜AJブロックでの各色の色線形平均値(色対数平均値)は、当該各A〜AJブロック毎の線形特性領域(対数特性領域)での輝度ヒストグラムを算出すると共に輝度ヒストグラムの「足切り」を行い、該足切り後の各輝度値を平均することにより算出してもよい。
By the way, the color logarithm average value of each color of RGB in these logarithmic characteristic areas is temporarily converted into values in the linear characteristic area using the LUT stored in the
ところで、前記図19、20において説明した増幅率Gain(露光量制御パラメータ)の具体的な算出方法は、以下に示すものであってもよい。先ず、主被写体領域331における各A〜AJブロックでのRGB各色における輝度の最大値(色最大値という)を算出する。すなわち、R色の最大値をそれぞれMaxRA、MaxRB、・・・MaxRAJとして算出し、同様に、G色、及びB色の最大値をそれぞれMaxGA、MaxGB、・・・MaxGAJ、及びMaxBA、MaxBB、・・・MaxBAJとして算出する。そして、これら各色毎の輝度の最大値を用いて、以下の色空間変換を行う式により、A〜AJブロック毎のブロック最大輝度を算出する。例えばAブロックに対するブロック最大輝度をMaxYAとすると、MaxYAは次式にて求めることができる。
By the way, the specific calculation method of the gain Gain (exposure amount control parameter) described in FIGS. 19 and 20 may be as follows. First, the maximum luminance value (referred to as the color maximum value) for each RGB color in each of the A to AJ blocks in the main
MaxYA=MaxRA*K1+MaxGA*K2+MaxBA*K3
ただし、前記と同様に例えばK1=0.2989、K2=0.5866、K3=0.1145である。他のB〜AJブロックに対しても同様に演算し、この結果、A〜AJブロック毎のブロック最大輝度MaxYA、MaxYB、・・・MaxYAJを算出する。そして、さらにこれらブロック最大輝度MaxYA、MaxYB、・・・MaxYAJ全体での最大値(主被写体領域331での最大輝度値という)を算出する。この最大輝度値のことをMaxYとすると、MaxYが、図21に示す輝度Ltmaxに対応するセンサ出力レベルVtAve2となる。
MaxYA = MaxRA * K1 + MaxGA * K2 + MaxBA * K3
However, similarly to the above, for example, K1 = 0.22989, K2 = 0.5866, and K3 = 0.1145. The same calculation is performed for the other B to AJ blocks, and as a result, the block maximum brightness MaxYA, MaxYB,... MaxYAJ for each of the A to AJ blocks is calculated. Further, the maximum value of these block maximum luminances MaxYA, MaxYB,... MaxYAJ (referred to as the maximum luminance value in the main subject region 331) is calculated. When this maximum luminance value is MaxY, MaxY becomes a sensor output level VtAve2 corresponding to the luminance Ltmax shown in FIG.
同様に、各A〜AJブロックでのRGB各色における輝度の最小値(色最小値)を、それぞれMinRA、MinRB、・・・MinRAJ、及びMinGA、MinGB、・・・MinGAJ、及びMinBA、MinBB、・・・MinBAJとして算出し、これらの最小値を用いて前記と同様の色空間変換の式によりA〜AJブロック毎のブロック最小輝度MinYA、MinYB、・・・MinYAJを算出する。そして、さらにこれらブロック最小輝度MinYA、MinYB、・・・MinYAJ全体での最小値(主被写体領域a2での最小輝度値という)を算出する。この最小輝度値のことをMinYとすると、MinYが、図21に示す輝度Ltminに対応するセンサ出力レベルVtAve1となる。 Similarly, the minimum luminance value (color minimum value) of each RGB color in each of the A to AJ blocks is set to MinRA, MinRB, ... MinRAJ, and MinGA, MinGB, ... MinGAJ, and MinBA, MinBB,. ... Calculated as MinBAJ, and using these minimum values, block minimum luminance MinYA, MinYB,... MinYAJ for each of the A to AJ blocks is calculated by the same color space conversion formula as described above. Further, the minimum value of the entire block minimum brightness MinYA, MinYB,... MinYAJ (referred to as the minimum brightness value in the main subject area a2) is calculated. When this minimum luminance value is MinY, MinY becomes a sensor output level VtAve1 corresponding to the luminance Ltmin shown in FIG.
ただし、前記色最大値及び色最小値のうちで対数特性領域での値であるものに対しては、同様にLUTを用いての線形特性領域への変換を行った後に色空間変換を行う。また、各A〜AJブロックでの各色の色最大値及び色最小値は、当該各A〜AJブロック毎に輝度ヒストグラムを算出すると共に輝度ヒストグラムの「足切り」を行い、該足切り後の各輝度値から算出してもよい。 However, among the maximum color value and the minimum color value, the value in the logarithmic characteristic region is similarly converted to the linear characteristic region using the LUT and then subjected to color space conversion. The maximum color value and the minimum color value of each color in each of the A to AJ blocks are calculated by calculating a luminance histogram for each of the A to AJ blocks and performing “cut off” of the luminance histogram. You may calculate from a luminance value.
そして、図21に示すように、輝度Ltminに対するセンサ出力値VtAve1が、予め設定されたターゲット出力値であるVtarget1となるような増幅率(Vtarget1/VtAve1;第1増幅率という)を算出すると共に、輝度Ltmaxに対するセンサ出力値VtAve2が、予め設定されたターゲット出力値であるVtarget2となるような増幅率(Vtarget2/VtAve2;第2増幅率という)を算出し、これら2つの増幅率のうちの小さい方の増幅率を選択し、当該選択された増幅率を前記露光量の増幅率Gainとして、前記図20に示すように場合分けを行い、露光時間の増幅率Gt及び絞りの増幅率Gsを算出する構成であってもよい。
Then, as shown in FIG. 21, an amplification factor (Vtarget1 / VtAve1; referred to as a first amplification factor) is calculated such that the sensor output value VtAve1 with respect to the luminance Ltmin becomes Vtarget1 that is a preset target output value. An amplification factor (Vtarget2 / VtAve2; referred to as a second amplification factor) is calculated such that the sensor output value VtAve2 with respect to the luminance Ltmax becomes Vtarget2 that is a preset target output value, and the smaller one of these two
なお、上述のように第1及び第2増幅率のうちの大きい方を選択してもよく、或いは、第1及び第2増幅率を比較して一方を選択するのではなく、第1又は第2増幅率のみを算出して用いる構成であってもよい。また、これら第1及び第2増幅率を平均したものを用いる構成であってもよい。また、上記Vtarget1やVtarget2の値は、露光量制御パラメータ算出部511等に記憶されている。
As described above, the larger one of the first and second amplification factors may be selected, or the first or second amplification factor may be selected instead of comparing the first and second amplification factors. A configuration may be used in which only two amplification factors are calculated and used. Moreover, the structure using what averaged these 1st and 2nd amplification factors may be used. The values of Vtarget1 and Vtarget2 are stored in the exposure amount control
また、前記最小輝度値MinY及び最大輝度値MaxYは、各A〜AJブロックの輝度ヒストグラムを纏めてなるA〜AJブロック全体での全体輝度ヒストグラムから算出してもよい。この場合、同様に「足切り」を行うことで当該全体輝度ヒストグラムにおける輝度範囲を算出し、この輝度範囲から最小輝度値MinY及び最大輝度値MaxYを算出する。なお、当該算出時に、最小輝度値MinY=最大輝度値MaxY−輝度範囲、或いは最大輝度値MaxY=最小輝度値MinY+輝度範囲というように、最小又は最大輝度値の一方の輝度値と輝度範囲とから、他方の輝度値を求めてもよい。 Further, the minimum luminance value MinY and the maximum luminance value MaxY may be calculated from the entire luminance histogram of the entire A to AJ block obtained by collecting the luminance histograms of the respective A to AJ blocks. In this case, the “luminance range” in the entire luminance histogram is calculated by performing “foot cut” in the same manner, and the minimum luminance value MinY and the maximum luminance value MaxY are calculated from the luminance range. At the time of the calculation, the minimum luminance value MinY = maximum luminance value MaxY−luminance range, or the maximum luminance value MaxY = minimum luminance value MinY + luminance range. The other luminance value may be obtained.
(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出方法の詳細説明)
続いて、前記図18(b)の露光量制御の場合における、評価値検出部405によって検出されたAE評価値に基づく、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512によるダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)の算出についてより具体的に説明する。
(Detailed explanation of dynamic range control parameter calculation method)
Subsequently, the dynamic range control parameter (photoelectric conversion characteristic setting value) by the dynamic range control parameter calculation unit 512 based on the AE evaluation value detected by the evaluation
図22は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出に際しての、光電変換特性における変曲点の位置の算出方法について説明するグラフ図であり、(a)は、輝度Lmaxに対して所定のセンサ出力となるように光電変換特性を変化させた場合の図であり、(b)は、光電変換特性をモデル化した場合の図である。先ず、図22(a)において、輝度Lmaxは、ダイナミックレンジ設定用輝度であり、例えば図18(b)に示すLm20に相当するものとする。光電変換特性α2は変曲点711を有する変化前の光電変換特性、光電変換特性β2は変曲点712を有する変化後の光電変換特性を示している。Vmax2は、撮像センサ30の飽和出力レベル(最大出力レベル)を示している。輝度Lmaxに対するセンサ出力の値が、光電変換特性α2上のE点でのVmax1から光電変換特性β2上のF点でのVmax2へ移るように光電変換特性を変化させる。この場合、光電変換特性α2は、変曲点711でのセンサ出力Vth1から変曲点712でのセンサ出力Vth2となる変曲点の変化量ΔVthに応じて光電変換特性β2の状態へ変化する。
FIG. 22 is a graph for explaining a method of calculating the position of the inflection point in the photoelectric conversion characteristic when calculating the dynamic range control parameter. FIG. 22A shows a predetermined sensor output with respect to the luminance Lmax. It is a figure at the time of changing a photoelectric conversion characteristic, (b) is a figure at the time of modeling a photoelectric conversion characteristic. First, in FIG. 22A, the luminance Lmax is the dynamic range setting luminance, and corresponds to, for example, Lm20 shown in FIG. The photoelectric conversion characteristic α2 indicates the photoelectric conversion characteristic before the change having the
ところで、前記Vth2は、E、F点間のセンサ出力ΔVmax(=Vmax2−Vmax1)から算出される。これについて説明する。図22(b)に示すように、光電変換特性α2、β2における線形特性領域及び対数特性領域をそれぞれモデル化(グラフ化)して関数(数式)で表すと、以下のように表される。 By the way, the Vth2 is calculated from the sensor output ΔVmax (= Vmax2−Vmax1) between the points E and F. This will be described. As shown in FIG. 22B, when the linear characteristic region and the logarithmic characteristic region in the photoelectric conversion characteristics α2 and β2 are modeled (graphed) and expressed by functions (formulas), they are expressed as follows.
線形特性領域をモデル化した関数:V=K2*L(光電変換特性α2、β2で共通)
対数特性領域をモデル化した関数:V=K1*ln(L)+Wα(光電変換特性α2)
:V=K1*ln(L)+Wβ(光電変換特性β2)
ただし、K1、K2は定数、Lはセンサ入射輝度(図22の横軸座標)、Wα及びWβは切片を示している。
Function modeling the linear characteristic region: V = K2 * L (common to photoelectric conversion characteristics α2 and β2)
Function modeling logarithmic characteristic region: V = K1 * ln (L) + Wα (photoelectric conversion characteristic α2)
: V = K1 * ln (L) + Wβ (photoelectric conversion characteristic β2)
However, K1 and K2 are constants, L is the sensor incident luminance (horizontal axis coordinates in FIG. 22), and Wα and Wβ are intercepts.
ここで、ΔVmaxは、ΔVmax=Wβ−Wαと表されるので、前記V=K1*ln(L)+Wβの数式は、V=K1*ln(L)+Wα+ΔVmaxと表される。この数式と、前記V=K2*Lの数式との交点713におけるセンサ出力値がVth2となる。したがって、交点713(の座標)を算出するための当該2つの数式の連立式;K1*ln(L)+Wα+ΔVmax=K2*Lを満たす「L」の値、すなわち図22(b)に示す輝度Lを求めることによって、該輝度Lに対応するセンサ出力のVth2が算出される。ただし、算出された出力レベルVth2が飽和出力レベルVmax2より大きくなる場合には、撮像センサ30は、対数特性領域の無い線形特性領域のみの光電変換特性を有することとなる。
Here, since ΔVmax is expressed as ΔVmax = Wβ−Wα, the formula of V = K1 * ln (L) + Wβ is expressed as V = K1 * ln (L) + Wα + ΔVmax. The sensor output value at the
そして、上述のように算出したVth2に応じた撮像センサ30に対する設定値、すなわち、光電変換特性の変曲点がVth2の位置となるように光電変換特性を変化させるための設定値(光電変換特性設定値)が、LUTを用いた当該Vth2のデータ変換によって算出される。そして、当該データ変換によって得られた変曲点Vth2に対応する光電変換特性設定値は、光電変換特性情報記憶部516に記憶される。なお、ダイナミックレンジ制御信号発生部521は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512で算出された光電変換特性設定値に基づいて、撮像センサ30の光電変換特性(の変曲点位置)が上述のように変化するような、タイミング生成回路31に対する制御信号を発生させる。
Then, a setting value for the
ところで、前記図22に示すダイナミックレンジ設定用輝度である輝度Lmaxに対応するセンサ出力レベルVmax1の具体的な算出方法は以下のとおりである。先ず、前記図19における対数特性領域平均輝度LtLogに対応するセンサ出力レベルVtLogの算出と同様に、図15に示す主被写体領域331(A〜AJブロック)での対数特性領域平均輝度を算出すると共に、周辺被写体領域332(第1〜第16ブロック)での対数特性領域平均輝度を、主被写体領域331での場合と同様に算出する。そして、これら主被写体領域331及び周辺被写体領域332で算出した対数特性領域平均輝度を比較して大きな方の対数特性領域平均輝度を選択し、該選択した対数特性領域平均輝度に対応するセンサ出力レベルをVmax1とする。
Incidentally, a specific calculation method of the sensor output level Vmax1 corresponding to the luminance Lmax which is the dynamic range setting luminance shown in FIG. 22 is as follows. First, similar to the calculation of the sensor output level VtLog corresponding to the logarithmic characteristic area average luminance LtLog in FIG. 19, the logarithmic characteristic area average luminance in the main subject area 331 (A to AJ blocks) shown in FIG. 15 is calculated. The logarithmic characteristic area average luminance in the peripheral subject area 332 (first to sixteenth blocks) is calculated in the same manner as in the main
なお、主被写体領域331及び周辺被写体領域332において、前記対数特性領域平均輝度だけでなく、図19における線形特性領域平均輝度LtLinと同様の線形特性領域平均輝度に対応するセンサ出力も算出し、主被写体領域331及び周辺被写体領域332毎にこれら線形特性領域平均輝度と対数特性領域平均輝度とを平均した全特性領域平均輝度を算出し、これら各領域における全特性領域平均輝度のうちの大きな方を輝度Lmaxに対応するセンサ出力とする構成であってもよい。ただし、当該輝度が同じ大きさであった場合には、いずれの輝度値を輝度Lmaxに対応するセンサ出力としてもよい(以降も同様)。
Note that, in the main
また、主被写体領域331のみでの対数特性領域平均輝度(或いは線形特性領域平均輝度と合わせた全特性領域平均輝度)から輝度Lmaxに対応するセンサ出力を得る構成であってもよいし、周辺被写体領域332のみでの対数特性領域平均輝度(或いは線形特性領域平均輝度と合わせた全特性領域平均輝度)から輝度Lmaxに対応するセンサ出力を得る構成であってもよい。
In addition, the sensor output corresponding to the luminance Lmax may be obtained from the logarithmic characteristic area average luminance (or the total characteristic area average luminance combined with the linear characteristic area average luminance) only in the main
さらに、輝度Lmaxに対応するセンサ出力の具体的な算出方法は、以下に示すものであってもよい。すなわち、先ず、前記図21における最大輝度値Ltmax(MaxY)に対応するセンサ出力の算出と同様に、主被写体領域331での最大輝度値を算出すると共に、周辺被写体領域332での最大輝度値を、主被写体領域331での場合と同様に算出する。そして、これら主被写体領域331及び周辺被写体領域332で算出した最大輝度値を比較して大きな方の最大輝度値を選択し、該選択した最大輝度値に対応するセンサ出力レベルを求め、この出力レベルに対応する輝度を輝度Lmaxとする。なお、主被写体領域331のみでの最大輝度値から輝度Lmaxに対応するセンサ出力を得る構成であってもよいし、周辺被写体領域332のみでの最大輝度値から輝度Lmaxに対応するセンサ出力を得る構成であってもよい。
Further, a specific method for calculating the sensor output corresponding to the luminance Lmax may be as follows. That is, first, similarly to the calculation of the sensor output corresponding to the maximum luminance value Ltmax (MaxY) in FIG. The calculation is performed in the same manner as in the main
ところで、図22に示すような、光電変換特性設定値に基づく光電変換特性(変曲点位置)の制御は、実際には、前記図15で説明したように、飽和判別部4055(図14参照)によって撮像センサ30の出力レベルが飽和していないと判別された場合に行われ、該出力レベルが飽和していると判別された場合には、飽和画素数に応じて、図23(a)に示すようにΔVth分だけ変曲点での出力レベルを低下させるように、すなわち、撮像センサ30によって、より高輝度側での撮影を可能とするべくダイナミックレンジを広げるように光電変換特性を変化させる。ここでは、光電変換特性α3から光電変換特性β3へ変化させる。ただし、このΔVthの値は、図23(b)に示すように、飽和画素数が増加するにつれて増加するように設定されており、該飽和画素数に対応するΔVthの算出は、LUTによるデータ変換によって行われる構成となっている。そして、この算出されたΔVthを、AE評価値時算出時における光電変換特性α3の変曲点721での出力レベルVth1から減算することにより、変化後の光電変換特性β3(光電変換特性α3と比較してダイナミックレンジが広くなる特性)の変曲点722での出力レベルVth2が得られる。さらに、当該得られたVth2に応じた撮像センサ30に対する設定値(光電変換特性設定値)が、LUTによるデータ変換によって算出される。そして、当該データ変換によって得られた変曲点Vth2に対応する光電変換特性設定値は、光電変換特性情報記憶部516に記憶される。
Incidentally, the control of the photoelectric conversion characteristic (inflection point position) based on the photoelectric conversion characteristic setting value as shown in FIG. 22 is actually the saturation determination unit 4055 (see FIG. 14) as described in FIG. ) Is performed when it is determined that the output level of the
上述のように、(A)の露光量制御、及び(B)のダイナミックレンジ制御によってAE制御が行われるが、ここで、露光量制御及びダイナミックレンジ制御において、すなわち露光量制御パラメータ及びダイナミックレンジ制御パラメータの算出においていずれかを優先させることについて、以下に詳述する。 As described above, the AE control is performed by the exposure amount control (A) and the dynamic range control (B). Here, in the exposure amount control and the dynamic range control, that is, the exposure amount control parameter and the dynamic range control. Prioritizing either one in the parameter calculation will be described in detail below.
露光量制御及びダイナミックレンジ制御によってAE制御を行うにあたり、露光量制御パラメータ及びダイナミックレンジ制御パラメータのいずれかの算出を優先(重視)して行う、すなわち、当該パラメータ算出を行う順番(優先順位)として、以下の(1)、(2)の場合がある。
(1)露光量制御パラメータ算出優先モード:先ず露光量制御パラメータの算出を行った後に、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行う。
(2)ダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モード:先ずダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行った後に、露光量制御パラメータの算出を行う。
In performing the AE control by the exposure amount control and the dynamic range control, calculation of either the exposure amount control parameter or the dynamic range control parameter is performed with priority (emphasis), that is, as the order (priority order) in which the parameter calculation is performed. In some cases (1) and (2) below.
(1) Exposure amount control parameter calculation priority mode: First, the exposure amount control parameter is calculated, and then the dynamic range control parameter is calculated.
(2) Dynamic range control parameter calculation priority mode: First, after calculating the dynamic range control parameter, the exposure amount control parameter is calculated.
先ず、上記(1)の露光量制御パラメータの算出を優先させる場合について説明する。図24は、露光量制御パラメータ算出優先モードにおいてAE制御を行う場合の、撮像センサ30の光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、(a)は、露光量制御パラメータの算出を行う場合の変化を示し、(b)は、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行う場合の変化を示している。ただし、図24(a)におけるパラメータ算出が先ず行われ、次に図24(b)におけるパラメータ算出が行われる。
First, a case where priority is given to the calculation of the exposure control parameter (1) will be described. FIG. 24 is a graph showing how the photoelectric conversion characteristics of the
図24(a)において、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、露光量制御パラメータ算出部511により、線形特性領域において、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30のセンサ出力が、所定の目標出力レベル(Vtarget)となる(このような光電変換特性が得られる)ような露光量制御パラメータ(露光量設定値;露光時間設定値及び絞り設定値)の算出が行われる。この露光量制御パラメータの算出方法は、上記図18(a)の場合と同じであり、その説明を省略する。なお、図24(a)における露光量制御パラメータの算出に際しては、輝度Lt1のセンサ出力をVtargetとするべく、AE評価値検出時の光電変換特性621から光電変換特性622へ変化するように露光量(露光時間及び絞り開口面積)の増加が図られる露光量制御パラメータが算出される。ただし、光電変換特性621は、光電変換特性情報記憶部516に予め固定して(設定)記憶された光電変換特性であってもよいし、前回のAE制御時において設定された光電変換特性であってもよい。
In FIG. 24 (a), the image sensor for the subject brightness (Lt1) for setting the exposure amount in the linear characteristic region by the exposure amount control
続いて、図24(a)における露光量制御パラメータの算出が行われた後、図24(b)におけるダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われる。このとき、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512により、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(被写体最大輝度であるLm20)に対する撮像センサ30のセンサ出力が、所定の出力レベル(撮像センサ30の飽和出力レベルVmax)となる(このような光電変換特性が得られる)ようなダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)の算出が行われる。このダイナミックレンジ制御パラメータの算出方法は、上記図18(b)の場合と同じであり、その説明を省略する。なお、図24(b)におけるダイナミックレンジ制御パラメータの算出に際しては、輝度Lm20のセンサ出力をVmaxとするべく、光電変換特性731から光電変換特性732へ変化するように、すなわち変曲点の出力レベルがVth1からVth2まで減少されるようなダイナミックレンジ制御パラメータが算出される。ただし、光電変換特性731は、図24(a)における露光量制御パラメータ算出後の光電変換特性622に相当する。
Subsequently, after the exposure amount control parameter is calculated in FIG. 24A, the dynamic range control parameter in FIG. 24B is calculated. At this time, by using the AE evaluation value detected by the evaluation
ところで、図24(b)においてダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行う場合(上記光電変換特性731から光電変換特性732へ変化させる場合)、当該変化後の光電変換特性732の変曲点の出力レベルVth2が算出され、このVth2の値が、或る所定の出力レベルVlimitより低い場合には、当該出力レベルVth2がVlimit以上になるよう、Vth2の出力レベルの補正、具体的には、出力レベルVth2を所定出力レベル分だけ引き上げる(増加させる)演算が行われる。このVlimitは、以下の式に示すように、図24(a)におけるVtargetを基準にして予め設定されているものである。
Vlimit=Vtarget+ΔV
ΔV:所定の出力レベル量
このΔVとしては、例えば先の露光量制御(図24(a))において優先的に確保した露光量、すなわち上記被写体輝度Lt1に対する出力レベルが目標出力レベルVtargetとなる露光量が確保され得るのに十分な出力レベル量が設定される。
Incidentally, when the dynamic range control parameter is calculated in FIG. 24B (when the photoelectric conversion characteristic 731 is changed to the photoelectric conversion characteristic 732), the output level Vth2 of the inflection point of the photoelectric conversion characteristic 732 after the change. When the value of Vth2 is lower than a predetermined output level Vlimit, correction of the output level of Vth2, specifically, the output level Vth2 is set so that the output level Vth2 is equal to or higher than Vlimit. An operation of raising (increasing) by a predetermined output level is performed. This Vlimit is preset based on Vtarget in FIG. 24A as shown in the following equation.
Vlimit = Vtarget + ΔV
ΔV: Predetermined output level amount As this ΔV, for example, the exposure amount preferentially secured in the previous exposure amount control (FIG. 24A), that is, the exposure whose output level with respect to the subject luminance Lt1 becomes the target output level Vtarget. An amount of output level sufficient to ensure the amount is set.
このように、露光量制御パラメータ算出優先モードにおいての露出制御では、光電変換特性を制御するパラメータ(Vth2、ダイナミックレンジ制御パラメータ)の算出に関して制限が設けられる。 As described above, in the exposure control in the exposure amount control parameter calculation priority mode, there is a limit on the calculation of the parameter (Vth2, dynamic range control parameter) for controlling the photoelectric conversion characteristics.
なお、上記補正における所定出力レベル分の引き上げは、Vth2とVlimitとの差分量(出力レベル差)を算出して当該差分量分を一度に引き上げることにより行ってもよいし、所定の出力レベル分ずつ段階的に引き上げる構成であってもよい(Vth2がVlimit以上になるのであれば引き上げ動作は1回で完了してもよい)。また、出力レベルを一度演算してから比較レベルと比較するのではなく、演算の結果得られる出力レベルVth2がVlimitを下回らないように演算を行うようにしても構わない。さらに、変曲点の出力レベルVth2そのものを算出して出力レベルVlimitと比較するのではなく、予め比較レベルを変曲点とする光電変換特性を求め、その光電変換特性を得るための制御パラメータを記憶しておき、この記憶されている制御パラメータと演算により得られる制御パラメータとの比較を行い、出力レベルVth2がVlimitを下回るような相対関係となった場合に算出された制御パラメータを記憶されている制御パラメータで置き換えるようにしてもよい。 The predetermined output level in the correction may be increased by calculating a difference amount (output level difference) between Vth2 and Vlimit and increasing the difference amount at a time, or by a predetermined output level. A configuration in which the voltage is pulled up step by step may be employed (if Vth2 is equal to or higher than Vlimit, the pulling operation may be completed once). In addition, instead of calculating the output level once and comparing it with the comparison level, the calculation may be performed so that the output level Vth2 obtained as a result of the calculation does not fall below Vlimit. Further, instead of calculating the output level Vth2 itself at the inflection point and comparing it with the output level Vlimit, the photoelectric conversion characteristic having the comparison level as the inflection point is obtained in advance, and control parameters for obtaining the photoelectric conversion characteristic are obtained. The stored control parameter is compared with the control parameter obtained by the calculation, and the control parameter calculated when the output level Vth2 is in a relative relationship below Vlimit is stored. You may make it replace with the control parameter which exists.
次に、上記(2)のダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる場合について説明する。図25は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードにおいてAE制御を行う場合の、撮像センサ30の光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、(a)は、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行う場合の変化を示し、(b)は、露光量制御パラメータの算出を行う場合の変化を示している。ただし、図25(a)におけるパラメータ算出が先ず行われ、次に図25(b)におけるパラメータ算出が行われる。
Next, the case where the calculation of the dynamic range control parameter (2) is given priority will be described. FIG. 25 is a graph showing how the photoelectric conversion characteristics of the
図25(a)において、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512により、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(被写体最大輝度であるLm20)に対する撮像センサ30のセンサ出力が、当該ダイナミックレンジ制御用に仮に設定した飽和出力レベル(以降、仮飽和出力レベルという)Vmax1となる(このような光電変換特性が得られる)ようなダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われる。この場合のダイナミックレンジ制御パラメータの算出方法も上記図18(b)の場合と同じであり、その説明を省略する。上記仮飽和出力レベルVmax1は、後続(図25(b))の露光量制御を行うことによって、同図中の矢印に示すように光電変換特性全体が変化(移動)し、ここでのダイナミックレンジ制御後の輝度Lm20に対する出力レベル(仮飽和出力レベルVmax1)が変化することを想定しているために、仮の値として設定されるものである。ただし、この仮飽和出力レベルVmax1の値を飽和出力レベルVmaxの値としてもよい。
In FIG. 25A, an image sensor for subject brightness for dynamic range setting (Lm20 which is subject maximum brightness) is obtained by a dynamic range control parameter calculator 512 using an AE evaluation value detected by an
なお、図25(a)におけるダイナミックレンジ制御パラメータの算出に際しては、輝度Lm20のセンサ出力を仮飽和出力レベルVmax1とするべく、AE評価値検出時の光電変換特性741から、光電変換特性742へ変化するように、すなわち変曲点の出力レベルがVth1からVth2まで増加されるようなダイナミックレンジ制御パラメータが算出される。ただし、光電変換特性741は、光電変換特性情報記憶部516に予め固定して(設定)記憶された光電変換特性であってもよいし、前回のAE制御時において設定された光電変換特性であってもよい。
When calculating the dynamic range control parameter in FIG. 25A, the photoelectric conversion characteristic 741 at the time of AE evaluation value detection is changed to the photoelectric conversion characteristic 742 so that the sensor output of the luminance Lm20 is set to the temporary saturation output level Vmax1. That is, a dynamic range control parameter is calculated so that the output level of the inflection point is increased from Vth1 to Vth2. However, the photoelectric conversion characteristic 741 may be a photoelectric conversion characteristic that is previously fixed (set) and stored in the photoelectric conversion characteristic
続いて、図25(a)におけるダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われた後、図25(b)における露光量制御パラメータの算出が行われる。このとき、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、露光量制御パラメータ算出部511により、線形特性領域において露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30のセンサ出力が、所定の目標出力レベル(Vtarget)となる(このような光電変換特性が得られる)露光量制御パラメータの算出が行われる。この場合の露光量制御パラメータの算出方法も上記図18(a)の場合と同じであり、その説明を省略する。なお、図25(b)における露光量制御パラメータの算出では、輝度Lt1のセンサ出力をVtargetとするべく、光電変換特性631から、光電変換特性632へ変化するように露光量(露光時間及び絞り開口面積)の増加が図られる露光量制御パラメータが算出される。ただし、光電変換特性631は、図25(a)におけるダイナミックレンジ制御パラメータ算出後の光電変換特性742に相当する。
Subsequently, after calculating the dynamic range control parameter in FIG. 25A, the exposure amount control parameter in FIG. 25B is calculated. At this time, by using the AE evaluation value detected by the evaluation
ところで、図25(b)において露光量制御パラメータの算出を行う場合(上記光電変換特性631から光電変換特性632へ変化させる場合)、当該変化後の光電変換特性632における被写体輝度Lm20に対する出力レベルVmax2が算出され、このVmax2の値が、撮像センサ30の飽和出力レベルVmaxより大きい場合には、当該出力レベルVmax2がVmax以下となるよう、Vmax2の出力レベルの補正、具体的には、出力レベルVmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる(減少させる)演算が行われる。
Incidentally, in the case where the exposure amount control parameter is calculated in FIG. 25B (when the photoelectric conversion characteristic 631 is changed to the photoelectric conversion characteristic 632), the output level Vmax2 with respect to the subject luminance Lm20 in the photoelectric conversion characteristic 632 after the change. When the value of Vmax2 is greater than the saturation output level Vmax of the
このVmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる演算は、輝度Lt1でのセンサ出力がVtargetとなる(輝度Lm20でのセンサ出力がVmax2となる)増幅率Gain(Gain=Vtarget/VtAve;図18(a)での説明参照)を所定増幅率分だけ低下させる演算であってもよいし、露光時間の増幅率Gtや絞りの増幅率Gsを低下させる演算であってもよい。 The calculation for reducing Vmax2 by a predetermined output level is such that the sensor output at the luminance Lt1 becomes Vtarget (the sensor output at the luminance Lm20 becomes Vmax2). Gain Gain (Gain = Vtarget / VtAve; FIG. 18A) (Refer to the description of the above) may be a calculation for decreasing the amplification factor by a predetermined amplification factor, or a calculation for reducing the amplification factor Gt of the exposure time and the amplification factor Gs of the aperture.
このように、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードにおいての露出制御では、露光量を制御するパラメータ(増幅率、露光量制御パラメータ)の算出に関して制限が設けられる。 As described above, in the exposure control in the dynamic range control parameter calculation priority mode, there are limitations on the calculation of the parameters for controlling the exposure amount (amplification factor, exposure amount control parameter).
なお、上記補正における増幅率等の所定レベル分の引き下げは、輝度Lm20のセンサ出力がVmaxとなる増幅率(VmGainとする)と、上記増幅率Gainとの差分量(増幅率差)を算出して当該差分量分を一度に引き下げることにより行ってもよいし、所定の出力レベル分ずつ段階的に引き下げる構成であってもよい(GainがVmGain以下となるのであれば引き下げ動作は1回で完了してもよい)。また、被写体輝度Lm20に対する出力レベルVmax2を一度演算してから飽和出力レベルVmaxと比較するのではなく、演算の結果得られる出力レベルVmax2が飽和出力レベルVmaxを上回らないように演算を行うようにしても構わない。さらに、上記(1)の露光量制御パラメータ算出優先モードで説明したのと同様に、出力レベルVmax2そのものを算出して飽和出力レベルと比較するのではなく、制御パラメータの比較を行うようにしてもよい。 Note that the reduction by a predetermined level such as the amplification factor in the correction is performed by calculating a difference amount (amplification factor difference) between the amplification factor (VmGain) at which the sensor output of the luminance Lm20 is Vmax and the amplification factor Gain. The difference amount may be lowered at a time, or may be reduced step by step by a predetermined output level (if the gain is less than VmGain, the lowering operation is completed once). You may). Also, instead of calculating the output level Vmax2 for the subject brightness Lm20 once and comparing it with the saturated output level Vmax, the calculation is performed so that the output level Vmax2 obtained as a result of the calculation does not exceed the saturated output level Vmax. It doesn't matter. Further, as described in the exposure amount control parameter calculation priority mode (1) above, the output level Vmax2 itself is not calculated and compared with the saturated output level, but the control parameters may be compared. Good.
次に、上記(1)の露光量制御パラメータ算出優先モード及び(2)のダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードにおける各制御パラメータ算出のフローについて、以下図26、27を用いて説明する。図26は、図24に示す露光量制御パラメータ算出優先モードの場合の各制御パラメータ算出のフローの一例を示すフローチャートである。先ず、ユーザによるモード設定スイッチ105等の操作部100からの指示入力に基づいて、算出優先順位設定部5111により制御パラメータの算出優先順位の設定、すなわち露光量制御パラメータの算出を優先させる露光量制御パラメータ算出優先モードが設定される(ステップS31)。次に、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30のセンサ出力が、所定の目標出力レベル(Vtarget)となるような露光量制御パラメータ(露光量設定値;露光時間設定値及び絞り設定値)の算出が行われる(ステップS32)。そして、当該算出された露光時間設定値及び絞り設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、露光時間設定値及び絞り設定値のデジタルカメラ1に対する設定が行われる(ステップS33)。次に、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(被写体最大輝度であるLm20)に対する撮像センサ30のセンサ出力が、所定の出力レベル(飽和出力レベルVmax)となるようなダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)の算出が行われる(ステップS34)。そして、出力レベル判定部530により、変化後の光電変換特性の変曲点の出力レベルVth2がVlimit以上であるか否かが判定され、Vth2がVlimit以上でないと判定された場合には(ステップS35のNO)、上記ステップS34に戻り、Vth2を所定出力レベル分だけ引き上げる演算(出力レベルVth2の補正)が行われるとともに、当該補正されたVth2に応じた光電変換特性設定値の算出が行われる。Vth2がVlimit以上であると判定された場合には(ステップS35のYES)、当該算出された光電変換特性設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、光電変換特性設定値のデジタルカメラ1に対する設定が行われる(ステップS36)。
Next, the flow of calculating each control parameter in the exposure control parameter calculation priority mode (1) and the dynamic range control parameter calculation priority mode (2) will be described with reference to FIGS. FIG. 26 is a flowchart showing an example of a flow of each control parameter calculation in the exposure amount control parameter calculation priority mode shown in FIG. First, based on an instruction input from the
図27は、図25に示すダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードの場合の各制御パラメータ算出のフローの一例を示すフローチャートである。先ず、ユーザによるモード設定スイッチ105等の操作部100からの指示入力に基づいて、算出優先順位設定部5111により制御パラメータの算出優先順位の設定、すなわちダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させるダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードが設定される(ステップS41)。次に、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(被写体最大輝度であるLm20)に対する撮像センサ30のセンサ出力が、所定の出力レベル(飽和出力レベルVmax)となるようなダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)の算出が行われる(ステップS42)。そして、当該算出された光電変換特性設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、光電変換特性設定値のデジタルカメラ1に対する設定が行われる(ステップS43)。次に、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30のセンサ出力が、所定の目標出力レベル(Vtarget)となるような露光量制御パラメータ(露光量設定値;露光時間設定値及び絞り設定値)の算出が行われる(ステップS44)。そして、出力レベル判定部530により、変化後の光電変換特性に対する輝度Lm20における出力レベルVmax2が飽和出力レベルVmaxより大きいか否かが判定され、Vmax2がVmaxより大きいと判定された場合には(ステップS45のYES)、上記ステップS44に戻り、Vmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる演算(例えば増幅率Gainを低下させる補正)が行われるとともに、当該補正されたGainに応じた露光時間設定値及び絞り設定値の算出が行われる。Vmax2がVmaxより大きくないと判定された場合には(ステップS45のNO)、当該算出された露光時間設定値及び絞り設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、露光時間設定値及び絞り設定値のデジタルカメラ1に対する設定が行われる(ステップS46)。
FIG. 27 is a flowchart illustrating an example of a flow of each control parameter calculation in the dynamic range control parameter calculation priority mode illustrated in FIG. First, based on an instruction input from the
なお、上記図26、27においては、各制御パラメータを算出し、当該算出ごとに各制御パラメータの設定を行う構成となっているが、図28、29に示す通り、全ての制御パラメータを算出してから、当該各制御パラメータの設定を行う構成であってもよい。すなわち、先ず図28において、算出優先順位設定部5111に露光量制御パラメータ算出優先モードが設定され(ステップS51)、上記図26に示すステップS32と同様に、露光量制御パラメータ(露光時間設定値及び絞り設定値)の算出が行われる(ステップS52)。次に、上記ステップS34、S35と同様に、ダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)の算出が行われ(ステップS53)、出力レベル判定部530によって出力レベルVth2がVlimit以上であるか否かが判定され、Vth2がVlimit以上でないと判定された場合には(ステップS54のNO)、ステップS53に戻って、Vth2を所定出力レベル分だけ引き上げる演算が行われるとともに、当該補正されたVth2に応じた光電変換特性設定値の算出が行われる。そして、Vth2がVlimit以上であると判定された場合には(ステップS54のYES)、ステップS52及びS53(ステップS54のNO)において算出された露光時間設定値及び絞り設定値、並びに光電変換特性設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、当該各設定値のデジタルカメラ1に対する設定が行われる(ステップS55)。
26 and 27, each control parameter is calculated and each control parameter is set for each calculation. However, as shown in FIGS. 28 and 29, all control parameters are calculated. The configuration may be such that each control parameter is set. That is, first in FIG. 28, the exposure priority control parameter calculation priority mode is set in the calculation priority order setting unit 5111 (step S51), and similarly to step S32 shown in FIG. (Aperture setting value) is calculated (step S52). Next, as in steps S34 and S35, dynamic range control parameters (photoelectric conversion characteristic setting values) are calculated (step S53), and the output
次に図29においては、算出優先順位設定部5111にダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードが設定され(ステップS61)、上記図27に示すステップS42と同様に、ダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)の算出が行われる(ステップ62)。次に、上記ステップS44、S45と同様に、露光量制御パラメータ(露光時間設定値及び絞り設定値)の算出が行われ(ステップS63)、出力レベル判定部530によって出力レベルVmax2が飽和出力レベルVmaxより大きいか否かが判定され、Vmax2がVmaxより大きいと判定された場合には(ステップS64のYES)、ステップS63に戻って、Vmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる演算が行われるとともに、当該補正されたGainに応じた光時間設定値及び絞り設定値の算出が行われる。そして、Vmax2がVmaxより大きくないと判定された場合には(ステップS64のNO)、ステップS62及びS63(ステップS64のYES)において算出された光電変換特性設定値、並びに露光時間設定値及び絞り設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、当該各設定値のデジタルカメラ1に対する設定が行われる(ステップS65)。本実施形態においては、上記(1)の露光量制御パラメータ算出優先モード、(2)のダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードのいずれにおいても、露光量制御パラメータ算出及びダイナミックレンジ制御パラメータ算出という2段階の演算により撮像に用いるべき光電変換特性を決定しているので、光電変換特性決定までの処理を簡単で速やかに行うことができる。なお、上記実施形態では、優先する制御を先に実行するようにしているが、必ずしもこの限りではなく、例えば、以下のような変形例を採用すれば、優先しない方の制御を先に行うこともできる。(変形例1)露光量制御→ダイナミックレンジ制御の順序で制御を行うが、ダイナミックレンジ制御において変曲点の規制を設けないようにする。このようにすると、結果的にダイナミックレンジ制御を優先することができる。(変形例2)ダイナミックレンジ制御→露光量制御の順序で制御を行うが、露光量制御において飽和出力レベルの規制を設けないようにする。このようにすると、結果的に露光量制御を優先することができる。
Next, in FIG. 29, a dynamic range control parameter calculation priority mode is set in the calculation priority setting unit 5111 (step S61), and the dynamic range control parameter (photoelectric conversion characteristic setting value) is set in the same manner as in step S42 shown in FIG. ) Is calculated (step 62). Next, as in steps S44 and S45, the exposure control parameters (exposure time setting value and aperture setting value) are calculated (step S63), and the output
(ステップS3−1)露光量制御パラメータの設定
上記ステップS2−1で説明したような手法でAE制御のための露光量制御パラメータが算出されたならば、該露光量制御パラメータに基づいてAE制御が行われ、実際の撮像動作が行われる。すなわち、静止画像を撮影する場合は、予備撮影画像より取得されたAE評価値に基づいたAE制御がなされた上で本撮影が行われる。また、動画像を撮影する場合は、例えば直前に撮影された撮影画像より取得されたAE評価値に基づいたAE制御がなされた上で順次動画撮影が行われる。
(Step S3-1) Setting of exposure amount control parameter If the exposure amount control parameter for AE control is calculated by the method described in step S2-1 above, AE control is performed based on the exposure amount control parameter. And an actual imaging operation is performed. That is, when shooting a still image, the main shooting is performed after AE control is performed based on the AE evaluation value acquired from the preliminary shooting image. When shooting a moving image, for example, moving image shooting is performed sequentially after AE control based on the AE evaluation value acquired from the shot image shot immediately before is performed.
具体的には、全体制御部50の露光量制御パラメータ算出部511で算出された露光量制御パラメータは制御信号発生部520に入力され、実際の露光量制御動作を行わせる駆動信号を生成するタイミング生成回路31や駆動部60を動作させるための制御信号が制御信号発生部520の各部で生成される。すなわち、制御信号発生部520のセンサ露光時間制御信号発生部522は、前記露光量制御パラメータに応じて、所期の露光時間が確保されるよう撮像センサ30の制御信号を生成し、これをタイミング生成回路31へ送信する。ここでの制御信号は、例えば図9に示すタイミングチャートにおいて、撮像センサ30に対する信号φVPSが中電位Mとなる時間ΔSを、露光量制御パラメータに応じて適宜な時間に設定する信号(つまり、フォトダイオードPDの寄生容量のリセット動作終了時刻t1から次フレームの映像信号読み出しが開始される時刻t2までの積分時間を適宜な時間に設定する信号)である。タイミング生成回路31は、入力された駆動信号に応じて、撮像センサ30の露光時間を制御するタイミング信号を生成して撮像センサ30を駆動させる。
Specifically, the exposure amount control parameter calculated by the exposure amount control
またシャッタ制御信号発生部523は、同様に露光量制御パラメータに基づいて、シャッタ23のシャッタスピード(シャッタ開放時間)を露光時間に合わせて設定する制御信号を生成する。この制御信号は駆動部60のシャッタ駆動部61へ送られ、シャッタ駆動部61は該制御信号に基づいてシャッタ23の駆動信号を生成し、露光量制御パラメータに応じたシャッタ23のシャッタ開放動作を行わせる。
Similarly, the shutter
さらに絞り制御信号発生部525も、同様に露光量制御パラメータに基づいて、絞り22の開口面積を設定する制御信号を生成する。この制御信号は絞り駆動部63へ送られ、絞り駆動部63は該制御信号に基づいて絞り22の駆動信号を生成し、露光量制御パラメータに応じた絞り22の開口面積設定動作を行わせる。
Further, the aperture
以上のように、露光量制御(積分時間の制御)の要素としては、タイミング生成回路31のよる撮像センサ30の駆動制御、シャッタスピード制御及び絞り制御があり、これら3つの制御を全て行うようにしても良いが、高速に制御を達成する観点からは、図21のフローチャートに基づいて説明したように、タイミング生成回路31による電子回路的な露光量制御を優先させるようにすることが望ましい。
As described above, the exposure amount control (integration time control) includes the drive control of the
(ステップS3−2)ダイナミックレンジ制御パラメータの設定
一方、ダイナミックレンジ制御により本実施形態にかかるAE制御を行う場合、全体制御部50のダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512で算出されたダイナミックレンジ制御パラメータは制御信号発生部520に入力され、そのダイナミックレンジ制御信号発生部521において、実際のダイナミックレンジ制御動作を行わせる制御信号が生成される。
(Step S3-2) Setting of Dynamic Range Control Parameter On the other hand, when performing AE control according to the present embodiment by dynamic range control, the dynamic range control parameter calculated by the dynamic range control parameter calculation unit 512 of the
すなわちダイナミックレンジ制御信号発生部521は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512において算出された撮像センサ30の光電変換特性設定値に応じて、光電変換特性が線形特性領域から対数特性領域に切り替わる出力レベルポイント(変曲点)を調整する撮像センサ30の制御信号を生成し、これをタイミング生成回路31へ送信する。ここでの制御信号は、例えば図9に示すタイミングチャートにおいて、撮像センサ30に対する信号φVPSを、算出されたダイナミックレンジ制御パラメータに応じて適宜設定する制御信号である。
That is, the dynamic range control
つまり、前記φVPSにおける電圧VPHの高さ、或いは時間ΔTの長さを制御することでその変曲点が変動されることから、ダイナミックレンジ制御信号発生部521は、ダイナミックレンジ制御パラメータに基づいてφVPSを制御する制御信号を生成し、これをタイミング生成回路31へ送信する。そしてタイミング生成回路31は、入力された制御信号に応じて、撮像センサ30のダイナミックレンジを制御するタイミング信号を生成して撮像センサ30を、所定の光電変換特性の状態として実際に駆動させるものである。
That is, since the inflection point is changed by controlling the height of the voltage VPH in the φVPS or the length of the time ΔT, the dynamic range control
以上、AE制御を中心に説明したが、実際のデジタルカメラ1においては、AF制御やWB制御等も行われる。AF制御の場合も同様に、撮像センサ30の撮影画像から取得したAF評価値に基づいて制御を行うことができる。例えば、図14に示した主被写体領域331のO、P、U及びVブロックから検出される輝度ヒストグラムを活用し、評価値検出部405にて隣接輝度とのコントラストが最大となるポイントを求める所謂「山登り法」等によってAF評価値を算出することができる。この場合、撮像センサ30の線形特性領域及び対数特性領域の各々からAF評価値を検出し、それぞれの特性領域の特徴を生かし、例えば対数特性領域から得られるAF評価値を、AF制御に際しての粗測距用として用い、また線形特性領域から得られるAF評価値を、詳測距用として用いるようにすることが望ましい。
Although the AE control has been mainly described above, the actual
このようにして評価値検出部405で検出されたAF評価値は、全体制御部50のAF制御パラメータ算出部513へ送られる。AF制御パラメータ算出部513は、該AF評価値に応じたAF制御パラメータを算出し、これをズーム/フォーカス制御信号発生部524へ送信する。該ズーム/フォーカス制御信号発生部524にて、入力されたAF制御パラメータに応じた制御信号が生成され、これがズーム/フォーカス駆動部62へ送信される。そして、ズーム/フォーカス駆動部62により前記制御信号に応じた駆動信号が生成され、該駆動信号により鏡胴20のレンズ群21がフォーカス駆動されるものである。
The AF evaluation value detected by the evaluation
またWB制御についても、撮像センサ30の撮影画像から取得したWB評価値に基づいて制御を行うことができる。この場合も、撮像センサ30の線形特性領域及び対数特性領域の各々からWB評価値を検出することが望ましい。すなわち、撮影画像に基づきニュートラルな画像によるWB評価値検出を行うものとし、前記ニュートラル画像として線形特性領域と対数特性領域との2種類の画像に基づき、各RGBレベル(R−Log,G−Log,B−Log,R−Lin,G−Lin,B−Lin)を検出するよう構成することが望ましい。評価値検出部405はこのようなWB評価値を検出し、該WB評価値をホワイトバランス制御部406へ送り、ホワイトバランス制御部406により適宜な色バランスとなるようホワイトバランス補正が行われるものである。
The WB control can also be performed based on the WB evaluation value acquired from the captured image of the
(実施形態2)
以下、図面に基づいて、本発明の第2の実施形態につき説明する。
第2の実施形態では、第1の実施形態とAE制御方法が異なるものとなっている。第1の実施形態におけるAE制御は、図18(a)に示す露光量制御と、図18(b)に示すダイナミックレンジ制御とによって行われ、以下、(A)、(B)に示すように(この(A)(B)は前述の内容を要約したもの)、露光量制御は、露光時間(撮像センサの積分時間、或いはシャッタの開放時間)と、絞り(絞りの開口面積)との制御によってなされ、一方、ダイナミックレンジ制御は、光電変換特性(変曲点位置)の制御によってなされる構成であった。
(A)露光量制御(露光時間制御(積分時間やシャッタ開放時間制御)、或いは絞り制御(絞りの開口面積制御))
(B)ダイナミックレンジ制御(光電変換特性制御(変曲点位置制御))
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the second embodiment, the AE control method is different from that in the first embodiment. The AE control in the first embodiment is performed by the exposure amount control shown in FIG. 18A and the dynamic range control shown in FIG. 18B. Hereinafter, as shown in FIGS. (This (A) and (B) summarize the above-mentioned contents.) Exposure amount control is control of exposure time (integration time of the image sensor or shutter opening time) and aperture (aperture aperture area). On the other hand, the dynamic range control is configured by controlling the photoelectric conversion characteristics (inflection point position).
(A) Exposure amount control (exposure time control (integration time and shutter opening time control) or aperture control (aperture aperture area control))
(B) Dynamic range control (photoelectric conversion characteristic control (inflection point position control))
これに対し、第2の実施形態におけるAE制御では、以下[A]〜[C]に示すように、露光量制御を、絞り制御に基づく露光量制御と積分時間やシャッタ開放時間の制御に基づく露光量制御との各場合で(独立して)行い、ダイナミックレンジ制御を、前記と同様に光電変換特性(変曲点位置)の制御によって行うようにする。
[A]露光量制御(絞り制御(絞りの開口面積制御))
[B]ダイナミックレンジ制御(光電変換特性制御(変曲点位置制御))
[C]露光量制御(露光時間制御(積分時間制御やシャッタ開放時間制御))
On the other hand, in the AE control in the second embodiment, as shown in [A] to [C] below, the exposure amount control is based on the exposure amount control based on the aperture control and the control of the integration time and the shutter opening time. In each case of exposure amount control (independently), dynamic range control is performed by controlling photoelectric conversion characteristics (inflection point position) as described above.
[A] Exposure amount control (aperture control (aperture aperture area control))
[B] Dynamic range control (photoelectric conversion characteristic control (inflection point position control))
[C] Exposure amount control (exposure time control (integration time control and shutter opening time control))
このようなAE制御方法の違いに関し、第1の実施形態と本実施形態とでは、図30に示すように、撮像センサ30a、全体制御部50a(演算部510a、制御信号発生部520a)及びタイミング生成回路31a等が異なる構成とされている。第1の実施形態と同様の構成を有するものについては同一の番号を付し、この説明を省略する。なお、第2の実施形態におけるデジタルカメラをデジタルカメラ1aとする。
Regarding such a difference in the AE control method, in the first embodiment and the present embodiment, as shown in FIG. 30, the
先ず、撮像センサ30aについて詳述する。図31は、第2の実施形態にかかるデジタルカメラ1aの撮像センサ30aにおける各画素の回路構成図の一例を示すものであり、第1の実施形態の図7に示す各画素G11〜Gmnに相当するものである。同図に示すように、撮像センサ30aの各画素G11〜Gmnは、フォトダイオードPD1、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)としてのトランジスタT10〜T13、及びFD(Floating Diffusion)から構成されている。トランジスタT10〜T13は、ここではNチャンネルMOSFETが採用されている。VDD、φRSB、φRST、φTX及びφVは、各トランジスタに対する信号(電圧)を示し、GNDは接地を示している。
First, the
フォトダイオードPD1は、感光部(光電変換部)であり、被写体からの入射光量に応じた電気信号(光電流IPD1)を出力する。トランジスタT12は、図7に示す定電流源307と対になってソースフォロワ増幅用の増幅回路(ソースフォロワアンプ)を構成するものであり、後述する電圧V1OUTに対する増幅(電流増幅)を行う。トランジスタT13は、ゲートに印加する電圧(信号φV)に応じてオン、オフされるスイッチとして動作する信号読み出し用のトランジスタである。トランジスタT13のソースは、図7に示す出力信号線306に接続されており、トランジスタT13がオンした場合、トランジスタT12で増幅された電流を出力電流として出力信号線306へ導出する。
The photodiode PD1 is a photosensitive portion (photoelectric conversion portion), and outputs an electrical signal (photocurrent IPD1) corresponding to the amount of incident light from the subject. The transistor T12 is paired with the constant
トランジスタT10は、同トランジスタのゲートに印加される電圧に応じてオン、オフされるスイッチとして動作するものであって、当該ゲート電位の高低によるオン、オフ切り替えに応じて、フォトダイオードPD1で発生した光電流IPD1(電荷)のFDに対する転送、非転送の切り替えを行う所謂転送ゲートとなるものである。フォトダイオードPD1で発生した光電流IPD1はフォトダイオードPD1の寄生容量に流れてその電荷が蓄積され、蓄積電荷量に応じた電圧が発生する。このときトランジスタT10がオン状態であれば、この寄生容量に蓄積された電荷(負電荷)がFDへ向けて移動する。FDは、電荷(信号電荷)を一旦保持しておく電荷保持部であり、この保持した電荷を電圧に変える(電荷電圧変換を行う)所謂キャパシタの役割を担うものである。 The transistor T10 operates as a switch that is turned on / off in accordance with a voltage applied to the gate of the transistor, and is generated in the photodiode PD1 in accordance with on / off switching depending on the level of the gate potential. This is a so-called transfer gate that switches between transfer and non-transfer of the photocurrent IPD1 (charge) to the FD. The photocurrent IPD1 generated in the photodiode PD1 flows into the parasitic capacitance of the photodiode PD1, the charge is accumulated, and a voltage corresponding to the accumulated charge amount is generated. At this time, if the transistor T10 is turned on, the charge (negative charge) accumulated in the parasitic capacitance moves toward the FD. The FD is a charge holding unit that temporarily holds a charge (signal charge), and plays a role of a so-called capacitor that changes the held charge into a voltage (performs charge-voltage conversion).
トランジスタT11(リセットゲートトランジスタ)は、同トランジスタのゲート電圧の高低によるオン、オフ切り替えに応じてFDに対するリセットバイアスの印加、非印加の切り替えを行うものであるとともに(例えばトランジスタT11がオン状態の場合、トランジスタT10もオン状態となっており、トランジスタT11、FD、トランジスタT10及びフォトダイオードPD1を挟んだφRSB及びGND間にリセットバイアスがかけられた状態となる)、ゲート電圧を後述のMid電位(中電位)とすることで、フォトダイオードPD1からFDに移動する電荷(FDを流れる電流)のFD及びトランジスタT11による電荷電圧変換によってそれぞれ線形変換及び対数変換を行わせるものである。 The transistor T11 (reset gate transistor) switches between application and non-application of a reset bias to the FD according to on / off switching depending on the gate voltage of the transistor (for example, when the transistor T11 is in an on state) The transistor T10 is also in an on state, and a reset bias is applied between φRSB and GND across the transistors T11, FD, transistor T10, and the photodiode PD1, and the gate voltage is set to a Mid potential (middle) Potential), linear conversion and logarithmic conversion are respectively performed by FD of charge moving from the photodiode PD1 to the FD (current flowing through the FD) and charge-voltage conversion by the transistor T11.
この場合、トランジスタT11にはMid電位に応じた電流(リセット電流)が流れ、トランジスタT11のソースが当該リセット電流に応じた電位となる。そして、フォトダイオードPD1から移動してくる電荷による電位が、Mid電位に応じたトランジスタT11のソース電位より小さい場合には(撮像する被写体の輝度が低く、つまり被写体が暗く、フォトダイオードPD1に入射される入射光量が少ない場合には)、FDにおいて線形変換としての電荷電圧変換が行われ、一方、当該ソース電位を超える場合には(撮像する被写体の輝度が高く、つまり被写体が明るく、フォトダイオードPD1に入射される入射光量が多い場合には)、トランジスタT11において対数変換としての電荷電圧変換が行われる。 In this case, a current (reset current) corresponding to the Mid potential flows through the transistor T11, and the source of the transistor T11 becomes a potential corresponding to the reset current. When the potential due to the charge moving from the photodiode PD1 is smaller than the source potential of the transistor T11 corresponding to the Mid potential (the luminance of the subject to be imaged is low, that is, the subject is dark and is incident on the photodiode PD1). When the incident light quantity is small, charge-voltage conversion as linear conversion is performed in the FD, and when the source potential is exceeded (when the luminance of the subject to be imaged is high, that is, the subject is bright, the photodiode PD1 In the case where the amount of incident light incident on is large), charge-voltage conversion as logarithmic conversion is performed in the transistor T11.
これにより、FDとトランジスタT12との接続ノード、すなわち出力V1OUTには、FDにおける光電流IPD1の積分値による線形出力としての電圧、或いはトランジスタT11における光電流IPD1に応じた電流−電圧変換による対数出力としての電圧が現れる。すなわち、光電変換特性における線形特性領域での出力値は、当該FDにおける光電流IPD1の積分値となるが、対数特性領域については、FD部に蓄えられた電荷による電位がトランジスタT11(リセットゲート)のソース電流を超えた領域において、光電流IPD1と等しい電流が該トランジスタT11に流れ、このトランジスタT11において光電流IPD1が電流−電圧変換された値(電圧)が当該出力値としてFD部に現れる。このトランジスタT11での電流−電圧変換が上記対数変換に相当する。したがって、後述するように、線形特性領域での出力値にはFD部や寄生容量部での積分効果が現れて、撮像センサ30aの露光時間に応じて該線形特性領域(線形特性領域の傾き)が変化するが、対数特性領域での出力値には、FD部や寄生容量部での積分効果は現れず、撮像センサ30aの露光時間に関わらず該対数特性領域の光電変換特性は固定となる(この場合の対数特性領域には時間の概念が含まれないと表現することもできる)。そして、トランジスタT13がオンされると、これら各電圧に応じたトランジスタT12による増幅電流が、トランジスタT13を介して出力電流として出力信号線306に導出される。このように第2の実施形態において、撮像センサ30a(各画素)は、前記撮像センサ30におけるキャパシタCやトランジスタT3からなる積分回路を備えておらず、当該積分回路を備えずにFD(或いはこのFDに対する転送ゲートやリセットゲート等)を備えた回路構成とされることで、被写体輝度(或いはセンサ入射輝度)に応じて線形変換又は対数変換された出力信号を得ることが可能となる。
As a result, the connection node between the FD and the transistor T12, that is, the output V1OUT has a voltage as a linear output based on the integral value of the photocurrent IPD1 in the FD or a logarithmic output by current-voltage conversion according to the photocurrent IPD1 in the transistor T11. Appears as a voltage. That is, the output value in the linear characteristic region in the photoelectric conversion characteristic is an integral value of the photocurrent IPD1 in the FD, but in the logarithmic characteristic region, the potential due to the charge stored in the FD portion is the transistor T11 (reset gate). In the region exceeding the source current, a current equal to the photocurrent IPD1 flows in the transistor T11, and a value (voltage) obtained by current-voltage conversion of the photocurrent IPD1 in the transistor T11 appears in the FD section as the output value. The current-voltage conversion in the transistor T11 corresponds to the logarithmic conversion. Therefore, as will be described later, an integration effect in the FD portion and the parasitic capacitance portion appears in the output value in the linear characteristic region, and the linear characteristic region (inclination of the linear characteristic region) depends on the exposure time of the
なお、撮像センサ30aは、撮像センサ30と比べて回路構成がより簡易なものとなっていることから(例えば上述のようにキャパシタCやトランジスタT3からなる積分回路等が削除された回路構成となっているため)、撮像センサ30aの開口率が増加し、センサ面に入射される光に対する感度(センサ出力)が向上する。
The
図32は、撮像センサ30aの前記図31に示す画素の撮像動作に関するタイミングチャートの一例であり、図32(a)は、全画素における垂直ブランク期間中の電荷蓄積(露光)動作に関するタイミングチャートを示し、図32(b)は、水平ブランク期間中における、電荷蓄積終了後の垂直走査による各行の画素の電荷掃き出し動作に関するタイミングチャートを示している。ここではNチャンネルMOSFETの極性上、以下のようにHi(ハイ)でオン、Low(ロー)でオフとなる。
FIG. 32 is an example of a timing chart relating to the imaging operation of the pixel shown in FIG. 31 of the
まず、図32(a)において、符号801で示す位置で信号φRSTをHi、符号802で示す位置で信号φTXをHiにする。これによりFDに対して前記リセットバイアスが印加される。そして、信号φRST、φTXの両方がHiである期間内に、符号803で示す位置で信号φRSBを一旦Lowとすることで、FD部の電位を高輝度光入射時の状態にセットし(電荷ゼロの状態から電荷蓄積が開始できるようにセットし)、さらに当該電位を符号804に示す位置でHiに戻すことで、全画素のFDに対するリセット(リフレッシュ)動作を行う。このFDに対するリセット動作によりFD部の電荷の安定性が保たれるようになる。
First, in FIG. 32A, the signal φRST is set to Hi at the position indicated by
その後、符号805に示す位置で、全画素同時にトランジスタT11のゲートに対する信号φRSTをHiから中(Middle)電位(この電位をMidと表現する)とし、このMid電位となっている期間(符号805の位置から後述の符号806の位置までの区間)において、FDでの電荷の蓄積及びこの蓄積電荷に対する線形変換又は対数変換での電圧変換を行う。このとき、信号φRSTのHi電位とMid電位との差分(この差分をΔRSTとする)の大きさに応じて、線形変換(又は対数変換)される割合が変化する。
After that, at the position indicated by
具体的には、ΔRSTが大きいほど、撮像センサ30aの光電変換特性の変曲点におけるセンサ出力レベル(Vth)が高くなり、つまり光電変換特性における線形特性領域の割合が大きくなり(対数特性領域の割合が小さくなり)、ΔRSTが小さいほど、同変曲点レベルが低くなり、線形特性領域の割合が小さくなる(対数特性領域の割合が大きくなる)。このように、差分ΔRSTの大きさを制御することによって、前記図11での説明と同様、撮像センサ30aの光電変換特性の変曲点の出力レベル(変曲点位置)が制御されることになる(これは後述の図35に示す場合に相当する)。
Specifically, as ΔRST increases, the sensor output level (Vth) at the inflection point of the photoelectric conversion characteristic of the
なお、前記ΔRST(Midレベル)の制御は、線形特性領域と対数特性領域との傾きがいずれも固定された状態で変曲点の位置を変化させていく、つまり光電変換特性における線形特性から対数特性への切り替わり点(オフセット)を変化させる制御であるとも言える。 The control of ΔRST (Mid level) is performed by changing the position of the inflection point in a state where the slopes of the linear characteristic region and the logarithmic characteristic region are both fixed, that is, the logarithm from the linear characteristic in the photoelectric conversion characteristic. It can also be said that this control is to change the switching point (offset) to the characteristic.
ところで、上述のように信号φTXがHiの状態において、信号φRSTがHiからMidとなる時点を開始点として、信号φTXがHiからLowとなり且つ信号φRSTがMidからLowとなる時点を終了点とした期間、すなわち信号φRSTがMidとなっている期間(この期間をΔLとする)が、ここではこの期間ΔLが撮像センサ30aの各画素の露光時間(積分時間)つまり電荷の蓄積時間(蓄積時間ΔL)となる。この蓄積時間ΔLの長さの制御は、後述するタイミング生成回路31aを介したセンサ露光時間制御信号発生部522aによって行われる。なお、前記ΔRST値の大きさの制御、すなわち信号φRSTをHiからMidにするときのMid電位のレベルの制御は、後述するタイミング生成回路31aを介したダイナミックレンジ制御信号発生部521aによって行われる。
By the way, as described above, when the signal φTX is Hi, the start point is the time when the signal φRST is changed from Hi to Mid, and the end point is the time when the signal φTX is changed from Hi to Low and the signal φRST is changed from Mid to Low. The period, that is, the period during which the signal φRST is Mid (this period is assumed to be ΔL). Here, this period ΔL is the exposure time (integration time) of each pixel of the
そして、符号806の位置で信号φTXをHiからLowにするとともに、符号807の位置で信号φRSTをMidからLowにすることで、電荷蓄積期間(この電荷蓄積期間をΔLとする)内にFDに蓄積された電荷がホールドされる(全画素同時に電荷の蓄積動作が終了される)。
Then, the signal φTX is changed from Hi to Low at the
次に、図32(b)において、前記図32(a)での全画素に対する電荷蓄積が終了した後、図7に示す垂直走査回路301による垂直走査によって選択された行(画素行)の信号φVを、符号811に示す位置でHiとすることでトランジスタT13をオンし、当該選択された行の各画素のFDに蓄積された電荷を垂直信号線(図7に示す出力信号線306−1、306−2、・・・306−m)に読み出す(掃き出す)。ただし、この符号811に示す位置での電荷読み出し動作は、図32(a)の符号806(807)に示す位置での電荷蓄積終了を受けて開始されることを示している。そして、この読み出した信号電荷を垂直信号線で伝送させ、図7に示す各選択回路308に備えるサンプルホールド回路に一旦保持させる。
Next, in FIG. 32B, after the charge accumulation for all the pixels in FIG. 32A is completed, the signal of the row (pixel row) selected by the vertical scanning by the
その後、符号812に示す位置において、前記選択された行の(各画素に対する)信号φRSTをLowからHiに変化させ、同時に、符号813に示す位置において当該選択された行の信号φRSBをHiからLowにすることで、FD部の電位を高輝度入射時の状態にセットする。そして、信号φRSTをHiにしたままの状態で、符号814に示す位置において信号φRSBをHiに戻し、リセットゲート(トランジスタT11)の閾値に応じた値にFDをリセットする。この状態で信号φVを符号815に示す位置でHiとすることで、ノイズ信号を垂直信号線に読み出し、図7に示す後段の補正回路309に備えたノイズ用サンプルホールド回路に保持する。
Thereafter, the signal φRST (for each pixel) of the selected row is changed from Low to Hi at the position indicated by
ところで、図32(b)に示す信号φSHS及びφSHNは、それぞれ後段の選択回路308における(シグナル用)サンプルホールド回路及び補正回路309におけるノイズ用サンプルホールド回路でのサンプルホールド制御信号を示している。これらサンプルホールド制御信号に基づいて、符号816及び符号817に示すように、前記符号811、815に示す信号φVがHiとなるタイミングに応じて、それぞれ各サンプルホールド回路によりシグナル(画像信号)及びノイズ(ノイズ信号)がサンプルホールドされる。そして、このサンプルホールドにより得られた画像信号とノイズ信号との差分をとる(シグナル信号からノイズ信号を減算する)ことで、当該各行の各画素に対する、リセットゲートの閾値ばらつきが除去された画像信号が得られる。なお、信号φTXは、水平ブランク期間中において常時Lowレベルとなっている。
Incidentally, signals φSHS and φSHN shown in FIG. 32B indicate sample hold control signals in the sample hold circuit (for signal) in the
図30に戻って、デジタルカメラ1aの全体制御部50aでは、AE制御パラメータ算出部5110aにおいて、第1の実施形態と同様、被写体輝度に応じた露出制御(AE制御)を行うべく、撮影の際の最適な露光量と撮像センサ30aの光電変換特性(ダイナミックレンジ)とに設定するための制御パラメータが算出される。これに関し、第2の実施形態では、上述した[A]、[B]、[C]の各場合の制御に関する制御パラメータが算出される。AE制御パラメータ算出部5110aは、露光量制御パラメータ算出部511aとしての露光時間制御パラメータ算出部5112及び絞り制御パラメータ算出部5113と、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512aとを備えている。
Returning to FIG. 30, in the
露光時間制御パラメータ算出部5112は、露光時間を最適化するための制御パラメータを算出するものであり、前記評価値検出部405において検出されるAE評価値と、前記光電変換特性情報記憶部516に記憶されているAE評価値取得時点における撮像センサ30aの光電変換特性情報とに基づいて、被写体輝度に応じた露光時間設定値を算出する。この露光時間設定値は、露光量設定用の所定の輝度(露光量設定用輝度)に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性へと変化する露光量となるように、露光時間(撮像センサ30aの積分時間、或いはシャッタ23の開放時間)を制御するためのための設定値である。
The exposure time control
絞り制御パラメータ算出部5113は、絞りを最適化するための制御パラメータを算出するものであり、前記露光時間設定値と同様に、評価値検出部405にて検出されるAE評価値と、光電変換特性情報記憶部516に記憶されているAE評価値取得時点における撮像センサ30aの光電変換特性情報とに基づいて、被写体輝度に応じた絞り設定値を算出する。この絞り設定値は、露光量設定用輝度に対して所定のセンサ出力が得られる光電変換特性へと変化する露光量となるように、絞り(絞り22の開口面積)を制御するための設定値である。
The aperture control
ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512aは、被写体輝度に応じて撮像センサ30aの光電変換特性(ダイナミックレンジ)を最適化するための制御パラメータを算出するものである。ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512aは、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度に対して撮像センサ30aが飽和出力レベルとなる光電変換特性(ダイナミックレンジ)が得られるように、光電変換特性の変曲点位置を制御するための光電変換特性設定値を算出する。この算出に際しても、光電変換特性情報記憶部516に記憶されているAE評価値取得時点における撮像センサ30aの光電変換特性情報が参照される。
The dynamic range control parameter calculation unit 512a calculates a control parameter for optimizing the photoelectric conversion characteristic (dynamic range) of the
全体制御部50aの露光量制御パラメータ算出部511a及びダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512aにより算出された露光量制御パラメータ(露光時間制御パラメータや絞り制御パラメータ)、及びダイナミックレンジ制御パラメータは、制御信号発生部520aに入力され、実際の露光量制御動作を行わせる駆動信号を生成するタイミング生成回路31aや駆動部60を動作させるための制御信号が制御信号発生部520aの各部で生成される。この制御信号発生部520aでは、特にダイナミックレンジ制御信号発生部521a及びセンサ露光時間制御信号発生部522aにおける動作が、撮像センサ30aに対するものとして第1の実施形態の場合と異なっている。
The exposure amount control parameters (exposure time control parameter and aperture control parameter) calculated by the exposure amount control
すなわち、ダイナミックレンジ制御信号発生部521aは、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512aにおいて算出された撮像センサ30aの光電変換特性設定値に応じて、線形特性領域から対数特性領域への切り替わり点である変曲点の出力レベルを調整するためのタイミング生成回路31a(撮像センサ30a)に対する駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路31aへ送信する。上述したように撮像センサ30aの光電変換特性は当該撮像センサ30aに対する信号φRSTのHiとMidとの差分ΔRSTを制御することでその変曲点が変動することから、ダイナミックレンジ制御信号発生部521aは、この信号φRSTのΔRST(Midレベル)の大きさを制御するべくタイミング生成回路31aに対する駆動信号を制御することで、撮像センサ30aのダイナミックレンジが被写体の輝度に適するよう制御する。なお、タイミング生成回路31aは、入力された当該ΔRSTに対応する駆動信号に応じて、撮像センサ30aのダイナミックレンジを制御するタイミング信号を生成して撮像センサ30aを駆動させる。
That is, the dynamic range control
また、センサ露光時間制御信号発生部522aは、露光時間制御パラメータ算出部5112において算出された露光時間設定値に応じて、所要の露光時間を確保するためのタイミング生成回路31aに対する駆動信号を生成し、これをタイミング生成回路31aへ送信する。ここでの駆動信号は、上述したように撮像センサ30aに対する信号φRSTが中電位Midとなる蓄積時間ΔLを、露光時間設定値に応じて適宜な時間に設定する制御信号である。なお、タイミング生成回路31aは、上記と同様、入力されたΔLに対応する駆動信号に応じて、撮像センサ30aの露光時間を制御するタイミング信号を生成して撮像センサ30aを駆動させる。
Further, the sensor exposure time control
なお、前記絞り制御パラメータ算出部5113によって算出された絞り設定値は絞り制御信号発生部525に入力され、絞り制御信号発生部525では、この絞り設定値に基づいて、絞り22の開口面積を設定するための駆動部60に対する駆動信号を生成し、これを駆動部60へ送信する。また、シャッタ制御信号発生部523では、同様に、露光時間制御パラメータ算出部5112にて算出された露光時間設定値に基づいて、シャッタ23のシャッタスピード(シャッタ開放時間)を該露光時間に合わせて設定する制御信号を生成し、これを駆動部60へ送信する。
The aperture setting value calculated by the aperture control
ところで、前記AE制御パラメータ算出部5110aは、第1の実施形態と同様、算出優先順位設定部5111aを備えている。算出優先順位設定部5113は、AE制御時における、露光量制御パラメータの算出、すなわち[A]の場合の絞り制御パラメータの算出及び[C]の場合の露光時間制御パラメータの算出と、[B]の場合のダイナミックレンジ制御パラメータの算出との3つの場合の制御パラメータの算出優先順位を設定する。算出優先順位設定部5111aにおける当該優先順位の設定は、同様に、ユーザによるモード設定スイッチ105等による操作部100からの指示入力に応じてなされる。なお、露光量制御パラメータの算出が優先される場合(モード)を露光量制御パラメータ算出優先モード、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出が優先される場合(モード)をダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードという。ただし、絞り制御パラメータと露光時間制御パラメータとのどちらが先に算出されたとしても(これらは同じ露光量制御パラメータ算出であるので)、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出より優先されていれば、露光量制御パラメータ算出優先モードという。このAE制御における[A]、[B]、[C]の各制御を優先順位を設定して行うということについては後に詳述する。
By the way, the AE control
次に、図33〜図35を用いて、本実施形態のAE制御における、上述の[A]絞り制御に基づく露光量制御、[B]光電変換特性制御に基づくダイナミックレンジ制御、[C]露光時間制御に基づく露光量制御について説明する。 Next, with reference to FIGS. 33 to 35, in the AE control of this embodiment, the exposure amount control based on the above-mentioned [A] aperture control, [B] dynamic range control based on photoelectric conversion characteristic control, and [C] exposure. Exposure amount control based on time control will be described.
図33は、[A]における、「絞り制御」に基づく露光量制御を行う場合の撮像センサ30aの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。ただし、同図の横軸は、第1の実施形態における光電変換特性グラフ(例えば図18)の横軸に示す「センサ入射輝度」ではなく、「被写体輝度」となっている(図34、35も同じ)。これは、ここで扱う横軸の輝度が、被写体からの輝度光によって撮像センサが所定時間(積分時間、シャッタ開放時間)露光された結果得られる値としての所謂時間の概念を含む輝度値(センサ入力輝度)ではなく、被写体の輝度そのものの値(絶対的な輝度値)であることを示すものである。なお、縦軸は第1の実施形態と同じくセンサ出力を示している。
FIG. 33 is a graph showing how the photoelectric conversion characteristics of the
図33に示すように、絞り、すなわち絞り22の開口面積が制御されることで、撮像センサ30aの光電変換特性全体が、符号Hで示す矢印方向に変化(移動)する。具体的には、第1の実施形態における図18(a)の場合と同様に、例えば、光電変換特性821の線形特性領域における所定の輝度Lt1(露光量設定用輝度)に対するセンサ出力の値(点822でのセンサ出力)が、Vtarget(点823でのセンサ出力)となる(ここでは輝度Lt1でのセンサ出力は点822から点823へ増加している)ような光電変換特性831を算出する(このとき、変曲点824は変曲点825へ平行移動され、センサ出力Vthの値は変化しない)。換言すれば、Vtargetとなるセンサ出力を得るための被写体輝度が、輝度Lt2からLt1へと変化(低下)するように光電変換特性が変化する。なお、上述したように被写体輝度を扱うことにより、露光時間に依存せず、すなわち時間(露光時間)の概念とは関係なく、絞りの開口面積を変化させて、その絶対的な輝度としての被写体輝度に対して得られるセンサ出力値を変化させることができる。これにより、図33に示すように光電変換特性全体が変化するように制御することが可能となる。
As shown in FIG. 33, the aperture, that is, the aperture area of the
ここで、前記露光量設定用輝度(輝度Lt1)に対するセンサ出力の値が、Vtargetとなるよう光電変換特性を変化させるために必要な絞り22の開口面積は、第1の実施形態と同様にして算出する。具体的には、例えば前記図19、21で説明した方法と同様にして増幅率Gain(=Vtarget/VtAve)を求め、この増幅率Gainから、前記図20に示すように場合分けを行うなどして増幅率Gt及び増幅率Gsを算出し(Gain=Gt*Gs)、さらにこれら増幅率Gt及び増幅率Gsから露光時間T2及び絞りの開口面積S2を算出するという方法で行う(当該演算によって得られる絞りの開口面積S2が、図33での露光量制御で用いられる絞りの開口面積に相当し、この絞り開口面積が得られるよう調整するための設定値が「絞り設定値」となる)。
Here, the aperture area of the
前記絞りの開口面積を求めるための演算は(絞りの開口面積を算出する過程で露光時間も自ずと算出される)、演算部510aの絞り制御パラメータ算出部5113にて行われる。なお、これに限らず、例えば絞りの開口面積を導出する途中過程での演算(例えば増幅率Gt及び増幅率Gsの算出)は、露光時間制御パラメータ算出部5112にて行い、その後、増幅率Gsからの絞りの開口面積の算出を、絞り制御パラメータ算出部5113で行うようにしてもよい。
The calculation for obtaining the aperture area of the aperture (the exposure time is also calculated in the process of calculating the aperture area of the aperture) is performed by the aperture control
なお、上記演算に用いる例えば輝度Lt1といった輝度情報は、第1の実施形態と同様、分割測光部4051にて分割測光を行い主被写体輝度や周辺被写体輝度を求めるとともに、ヒストグラム算出部4052や最大/最小輝度算出部4054において輝度ヒストグラムや最大・最小輝度の情報等を求め、これらの情報を用いて算出してもよい(以下の[C]、[B]の場合も同様である)。
For example, the luminance information such as luminance Lt1 used in the above calculation is divided into photometry by the divided
図34は、前記[C]における、「露光時間制御」に基づく露光量制御を行う場合の撮像センサ30aの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。第1の実施形態では、露光時間を制御することで線形特性領域及び対数特性領域(光電変換特性全体)が変化していたが(図18(a)参照)、本実施形態では撮像センサ30aの特性上、露光時間(積分時間)が変化しようとも、被写体輝度に対して対数変換されて出力されるセンサ出力値は変化しない、つまり対数特性領域には露光時間に関する時間の概念が含まれず、したがって、露光時間を変化させることにより、対数特性領域が固定された状態で(対数特性領域の位置や傾きが変化せずに)線形特性領域の傾きが変化する。
FIG. 34 is a graph showing how the photoelectric conversion characteristics of the
図34においては、露光時間が変化することで、例えば実線で示す光電変換特性841の線形特性領域における傾きK1が、2点鎖線で示す光電変換特性851の線形特性領域における傾きK2へと変化する(逆の変化もある)。線形特性領域の傾きが変化する一方で、対数特性領域は固定された状態となっているため、見かけ上、線形特性領域と対数特性領域との切り替わり点である変曲点の位置が、符号Iで示す矢印方向(対数特性領域の傾きに沿った方向)に例えば変曲点842から変曲点852に移動されるようにして、光電変換特性841から光電変換特性851へと変化する。なお、線形特性領域の傾きが変化する(見かけ上の変曲点位置が変化する)ことにより、光電変換特性における線形特性領域と対数特性領域との割合も変化する。
In FIG. 34, when the exposure time changes, for example, the slope K1 in the linear characteristic region of the photoelectric conversion characteristic 841 indicated by a solid line changes to the slope K2 in the linear characteristic region of the photoelectric conversion characteristic 851 indicated by a two-dot chain line. (There is also the opposite change.) While the slope of the linear characteristic region changes, the logarithmic characteristic region is in a fixed state. Therefore, the position of the inflection point, which is the switching point between the linear characteristic region and the logarithmic characteristic region, appears as I The photoelectric conversion characteristic 841 changes to the photoelectric conversion characteristic 851 so as to move from the
具体的には、露光時間を制御することによって、例えば同じ被写体輝度(例えばLt100)に対するセンサ出力が、光電変換特性841における符号843に示すセンサ出力レベルから光電変換特性851における符号853に示すセンサ出力レベル(Vtarget)まで増加する(被写体輝度が同じでも、それが露光される時間が増加すれば、それに応じてセンサ出力が増加する)。換言すれば、Vtargetとなるセンサ出力を得るための被写体輝度が、光電変換特性841に対するLt200から光電変換特性851に対するLt100へと変化(低下)するように光電変換特性が変化する。
Specifically, by controlling the exposure time, for example, the sensor output for the same subject luminance (for example, Lt100) is changed from the sensor output level indicated by
ところで、露光時間の制御は、上述したように撮像センサ30aの積分時間(蓄積時間ΔL)、及び/又はシャッタ23の開放時間(シャッタ速度)の制御によって行われるが、上記輝度Lt100(露光量設定用輝度)に対するセンサ出力の値がVtargetとなるよう光電変換特性を変化させるために必要な撮像センサ30aの積分時間、或いはシャッタ23の開放時間は、上記[A]の絞りの制御による露光量制御の場合と同様にして算出する。すなわち、先ず増幅率Gain(=Vtarget/VtAve)を求め、この増幅率Gainから、増幅率Gt及び増幅率Gsを算出し(Gain=Gt*Gs)、さらにこれら増幅率Gt及び増幅率Gsから露光時間T2及び絞りの開口面積S2を算出するという方法で行う(当該演算によって得られる露光時間T2が、図34での露光量制御で用いられる露光時間に相当し、この露光時間が得られるよう調整するための設定値が「露光時間設定値」となる)。
Incidentally, as described above, the exposure time is controlled by controlling the integration time (accumulation time ΔL) of the
前記露光時間設定値を求めるための演算は(露光時間を算出する過程で絞りの開口面積も自ずと算出される)、露光時間制御パラメータ算出部5112にて行われる。なお、この場合も前記[A]と同様、露光時間を導出する途中過程での演算(増幅率Gt及び増幅率Gsの算出)は、絞り制御パラメータ算出部5113にて行い、その後、増幅率Gtからの露光時間の算出を、露光時間制御パラメータ算出部5112において行うようにしてもよい。
The calculation for obtaining the exposure time setting value (the aperture area of the aperture is also calculated in the process of calculating the exposure time) is performed by the exposure time control
このように、露光時間を制御して、対数特性領域を固定させた状態で線形特性領域を変化させるような露光量制御を行うことで、ダイナミックレンジを維持したまま、つまり図34においてセンサ出力飽和レベルVmaxに対する被写体輝度Lm100の値を変化させることなく、線形特性領域だけ変化させる制御が可能となる。 In this way, by controlling the exposure time and performing exposure amount control that changes the linear characteristic region with the logarithmic characteristic region fixed, the dynamic range is maintained, that is, the sensor output saturation in FIG. It is possible to control to change only the linear characteristic region without changing the value of the subject luminance Lm100 with respect to the level Vmax.
換言すれば、当該[C]の場合の露光量制御が可能となることで、例えば全体的に露光量を調整したい場合、すなわち暗い場所で撮影された画像を全体的に明るくしたい場合には、[A]における光電変換特性全体を変化させてダイナミックレンジを広げることが可能な露光量制御を行い(図33参照)、一方、例えばダイナミックレンジはこれでよいものの、輝度が低い部分の画像の露光量調整(コントラストや明るさの調整)を行いたい場合には、[C]の露光量制御を行う、というように、露光量制御方法の選択肢(自由度)が増すことになり、ひいてはより精度の高いAE制御が行えるようになる。なお、デジタルカメラ1aは、[A]の絞り制御に基づく露光量制御を行う構成、又は[C]の露光時間制御に基づく露光量制御を行う構成の何れか一方のみを備えている、すなわち当該露光量制御を、絞り制御又は露光時間制御の何れか一方のみの制御により行う構成であってよい。
In other words, the exposure amount control in the case of [C] becomes possible. For example, when it is desired to adjust the exposure amount as a whole, that is, when it is desired to make the image photographed in a dark place as a whole brighter, Exposure amount control capable of widening the dynamic range by changing the entire photoelectric conversion characteristic in [A] is performed (see FIG. 33). On the other hand, for example, although the dynamic range is sufficient, exposure of an image of a low-luminance portion is performed. When you want to adjust the amount (contrast and brightness), the exposure amount control options (degrees of freedom) will increase, such as [C] exposure amount control. High AE control can be performed. The
図35は、前記[B]における、「光電変換特性制御」に基づくダイナミックレンジ制御を行う場合の撮像センサ30aの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図である。ここでは、光電変換特性、すなわち変曲点の出力レベル(センサ出力Vth)が制御されることでダイナミックレンジの制御が行われる。具体的には、第1の実施形態における図18(b)の場合と同様、例えばダイナミックレンジ設定用被写体輝度である輝度Lm20に対するセンサ出力が、光電変換特性861における点862でのセンサ出力(Vover)から光電変換特性871における点872でのセンサ出力(Vmax;撮像センサ30aの飽和出力レベル)まで減少するように、別の見方をすれば、センサ出力Vmaxを得ることが可能な最大輝度が、点863での輝度Lm10から点872での輝度Lm20へと大きくなるように(ダイナミックレンジが広がるように)、変曲点位置が変曲点864(Vth1)から変曲点874(Vth2)に変化される(この変曲点の変化によって、対数特性領域が符号Jで示す矢印方向(センサ出力軸方向)に傾きが一定のまま平行移動する)。
FIG. 35 is a graph showing how the photoelectric conversion characteristics of the
このようにダイナミックレンジを制御するための変曲点位置の制御に関する光電変換特性設定値は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512aによって算出される。光電変換特性設定値の算出方法は、図22に示す第1の実施形態と同様である。すなわち、光電変換特性の線形特性領域及び対数特性領域をそれぞれモデル化することで、所要のダイナミックレンジを確保するべく変化(移動)した後の光電変換特性の変曲点(図35では例えば変曲点874;Vth2)を算出し、変化前の光電変換特性の変曲点(例えば変曲点864;Vth1)がこの変化後の変曲点の位置となるよう光電変換特性を変化させるための制御値として「光電変換特性設定値」が算出される。
Thus, the photoelectric conversion characteristic setting value related to the control of the inflection point position for controlling the dynamic range is calculated by the dynamic range control parameter calculation unit 512a. The calculation method of the photoelectric conversion characteristic setting value is the same as that of the first embodiment shown in FIG. That is, by modeling the linear characteristic region and the logarithmic characteristic region of the photoelectric conversion characteristic, the inflection point of the photoelectric conversion characteristic after changing (moving) to secure a required dynamic range (in FIG. 35, for example, the inflection point). Point 874; Vth2) is calculated, and the photoelectric conversion characteristics are changed so that the inflection point of the photoelectric conversion characteristics before the change (for example, the
この算出された光電変換特性設定値に基づいて、実際に変曲点の出力レベル(Vth)を変化させるための制御信号、つまり上述したΔRST(信号φRSTのMid電位のレベル)を制御するための信号がダイナミックレンジ制御信号発生部521aにより発生される。そして、このΔRSTが制御されることにより、撮像センサ30aの光電変換特性における変曲点での出力レベルが制御される。図35においては、光電変換特性861に対する或るΔRSTによる変曲点864の出力レベルがセンサ出力865である場合、例えばこのΔRSTを減少させると、センサ出力865からセンサ出力875へと出力レベルが小さくなり、これに応じて変曲点位置も光電変換特性871の変曲点874へと移動する(ΔRSTを増加させる場合は逆に変曲点874から変曲点864へと変化する)。このように、[B]の場合のダイナミックレンジ制御における光電変換特性の制御は、ΔRSTの制御によって実現される。
Based on the calculated photoelectric conversion characteristic setting value, a control signal for actually changing the output level (Vth) of the inflection point, that is, the above-described ΔRST (the level of the Mid potential of the signal φRST) is controlled. A signal is generated by the dynamic range
なお、第2の実施形態においても同様に、光電変換特性設定値に基づく光電変換特性(変曲点位置)の制御は、飽和判別部4055(図14参照)によって撮像センサ30の出力レベルが飽和していないと判別された場合に行われ、該出力レベルが飽和していると判別された場合には、飽和画素数に応じてΔVth分だけ変曲点での出力レベルを低下させるように(図23(a)参照)、すなわち撮像センサ30aによって、より高輝度側での撮影を可能とするべくダイナミックレンジを広げるように光電変換特性を変化させてもよい。
Similarly, in the second embodiment, the output level of the
上述のように、[A]絞り制御(露光量制御)、[B]ダイナミックレンジ制御、及び[C]露光時間制御(露光量制御)によってAE制御が行われるが、ここで、絞り制御パラメータの算出、露光時間制御パラメータの算出、及びダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先順位をつけて行うということについて、以下に詳述する。 As described above, AE control is performed by [A] aperture control (exposure amount control), [B] dynamic range control, and [C] exposure time control (exposure amount control). The calculation, exposure time control parameter calculation, and dynamic range control parameter calculation will be described in detail below with priorities.
[A]〜[C]の制御によりAE制御を行うにあたり、[A]〜[C]における制御パラメータの算出の順番(優先順位)として、大別すると以下の<1>、<2>の場合がある。
<1> 露光量制御パラメータ算出優先モード:先ず露光量制御パラメータ(絞り制御パラメータ、露光時間制御パラメータ)の算出を行った後に、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行う。
<2> ダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モード:先ずダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行った後に、露光量制御パラメータ(絞り制御パラメータ、露光時間制御パラメータ)の算出を行う。
When performing the AE control by the control of [A] to [C], the control parameter calculation order (priority order) in [A] to [C] is roughly divided into the following cases <1> and <2>. There is.
<1> Exposure amount control parameter calculation priority mode: First, an exposure amount control parameter (aperture control parameter, exposure time control parameter) is calculated, and then a dynamic range control parameter is calculated.
<2> Dynamic range control parameter calculation priority mode: First, after calculating a dynamic range control parameter, an exposure amount control parameter (aperture control parameter, exposure time control parameter) is calculated.
先ず、上記<1>の露光量制御パラメータの算出を優先させる場合について説明する。
図36〜38は、露光量制御パラメータ算出優先モードにおいてAE制御を行う場合の、撮像センサ30aの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、図36は[A]の絞り制御パラメータの算出を行う場合の変化を示し、図37は[C]の露光時間制御パラメータの算出を行う場合の変化を示し、図38は[B]のダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行う場合の変化を示している。
First, the case where priority is given to the calculation of the exposure control parameter <1> above will be described.
36 to 38 are graphs showing how the photoelectric conversion characteristics of the
露光量制御パラメータ算出優先モードでは、以下の制御パラメータ算出順序となる。
(順序パターン1.1)[A]、[C]の順に制御パラメータを算出した後、[B]の制御パラメータ算出を行うパターン
(順序パターン1.2)[C]、[A]の順に制御パラメータを算出した後、[B]の制御パラメータ算出を行うパターン
ここでは、(順序パターン1.1)を一例として以下に詳述する。
In the exposure control parameter calculation priority mode, the control parameter calculation order is as follows.
(Sequence Pattern 1.1) After calculating the control parameters in the order of [A] and [C], the control parameter is calculated in the order of [B] (order pattern 1.2) and controlled in the order of [C] and [A]. A pattern for calculating the control parameter [B] after calculating the parameters. Here, (order pattern 1.1) will be described in detail as an example.
先ず図36に示す[A]の制御において、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、絞り制御パラメータ算出部5113により、線形特性領域において、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、所定の目標出力レベル(Vtarget’)となる光電変換特性が得られるような絞り設定値(絞り制御パラメータ)が算出される(この絞り設定値の算出方法は、前記図33の場合と同じであり説明を省略する)。なお、図36においては、輝度Lt1のセンサ出力をVtarget’とするべく、AE評価値検出時の光電変換特性901から光電変換特性902へ変化するように露光量(絞り開口面積)の増加が図られる絞り設定値が算出される。ただし、光電変換特性901は、光電変換特性情報記憶部516に予め固定して(設定)記憶された光電変換特性であってもよいし、前回のAE制御時において設定された光電変換特性であってもよい。
First, in the control of [A] shown in FIG. 36, the aperture control
次に、前記図36における絞り制御パラメータの算出が行われた後、図37に示す[C]の制御における露光時間制御パラメータの算出が行われる。この場合も上記図36と同様、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、露光時間制御パラメータ算出部5112により、線形特性領域において、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、新たな目標出力レベル(Vtarget)となる光電変換特性が得られるような露光時間設定値(露光時間制御パラメータ)が算出される(図36での目標出力レベルVtarget’の値を固定しておいて、このVtarget’に対する輝度Lt1の値を当該[C]の制御用に新たに設定することで変化後の光電変換特性を得てもよい)。この露光時間設定値の算出方法は、前記図34の場合と同じであり説明を省略する。なお、図37における制御の場合は、対数特性領域(の傾き及び位置)が固定された状態で線形特性領域(の傾き)が変化し、見かけ上、光電変換特性902(図36に示す光電変換特性902に該当)の変曲点903(Vth1)が変曲点904(Vth1’)へと移動されてなる光電変換特性905が得られる。
Next, after the aperture control parameter in FIG. 36 is calculated, the exposure time control parameter in the control [C] shown in FIG. 37 is calculated. Also in this case, similarly to FIG. 36, the exposure time control
さらに、前記図37における露光時間制御パラメータの算出が行われた後、図38に示す[B]の制御におけるダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われる。この場合、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512aにより、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(被写体最大輝度であるLm20)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、撮像センサ30aの飽和出力レベルVmaxとなる光電変換特性が得られるような光電変換特性設定値(ダイナミックレンジ制御パラメータ)が算出される。この光電変換特性設定値の算出方法は、前記図35の場合と同じでありその説明を省略する。なお、図38におけるダイナミックレンジ制御パラメータの算出に際しては、輝度Lm20のセンサ出力をVmaxとするべく、前記図37に示す光電変換特性905から光電変換特性906へ変化するような、すなわち変曲点の出力レベルがVth1’からVth2まで下がるような光電変換特性設定値が算出される。
Further, after the exposure time control parameter in FIG. 37 is calculated, the dynamic range control parameter is calculated in the control [B] shown in FIG. In this case, by using the AE evaluation value detected by the evaluation
ところで、図38におけるダイナミックレンジ制御パラメータの算出において、光電変換特性905から光電変換特性906へ変化させる場合、当該変化後の光電変換特性906の変曲点の出力レベルVth2が算出され、このVth2の値が、或る所定の出力レベルVlimitより低い場合には、出力レベルVth2がVlimit以上となるよう、Vth2の出力レベルの補正、具体的には、出力レベルVth2を所定出力レベル分だけ引き上げる(増加させる)演算が行われる。このVlimitは、以下の式に示すように、図37におけるVtargetを基準にして予め設定されているものである。
Vlimit=Vtarget+ΔV
ΔV:所定の出力レベル量
このΔVとしては、例えば先の露光量制御(図37)において優先的に確保した露光量、すなわち前記被写体輝度Lt1に対する出力レベルが目標出力レベルVtargetとなる露光量が確保され得るのに十分な出力レベル量が設定される。
Incidentally, in the calculation of the dynamic range control parameter in FIG. 38, when changing from the photoelectric conversion characteristic 905 to the photoelectric conversion characteristic 906, the output level Vth2 of the inflection point of the photoelectric conversion characteristic 906 after the change is calculated, and this Vth2 When the value is lower than a certain predetermined output level Vlimit, the correction of the output level of Vth2, specifically, the output level Vth2 is increased (increased) by the predetermined output level so that the output level Vth2 becomes equal to or higher than Vlimit. Calculation) is performed. This Vlimit is set in advance with reference to Vtarget in FIG. 37, as shown in the following equation.
Vlimit = Vtarget + ΔV
ΔV: Predetermined output level amount As this ΔV, for example, an exposure amount preferentially secured in the previous exposure amount control (FIG. 37), that is, an exposure amount at which the output level for the subject brightness Lt1 becomes the target output level Vtarget is secured An amount of output level sufficient to be able to be set is set.
このように、露光量制御パラメータ算出優先モードにおいての露出制御では、光電変換特性を制御するパラメータ(Vth2、ダイナミックレンジ制御パラメータ)の算出に関して制限が設けられる。 As described above, in the exposure control in the exposure amount control parameter calculation priority mode, there is a limit on the calculation of the parameter (Vth2, dynamic range control parameter) for controlling the photoelectric conversion characteristics.
なお、第1の実施形態と同様、上記補正における所定出力レベル分の引き上げは、Vth2とVlimitとの差分量(出力レベル差)を算出して当該差分量分を一度に引き上げることにより行ってもよいし、所定の出力レベル分ずつ段階的に引き上げる構成であってもよい。また、出力レベルを一度演算してから比較レベルと比較するのではなく、演算の結果得られる出力レベルVth2がVlimitを下回らないよう演算する構成であってもよい。さらに、変曲点の出力レベルVth2そのものを算出して出力レベルVlimitと比較するのではなく、予め比較レベルを変曲点とする光電変換特性を求め、その光電変換特性を得るための制御パラメータを記憶しておき、この記憶されている制御パラメータと演算により得られる制御パラメータとの比較を行い、出力レベルVth2がVlimitを下回るような相対関係となった場合に算出された制御パラメータを記憶されている制御パラメータで置き換えるようにしてもよい。 As in the first embodiment, the predetermined output level in the correction may be increased by calculating the difference amount (output level difference) between Vth2 and Vlimit and increasing the difference amount at a time. Alternatively, a configuration in which the output is increased step by step by a predetermined output level may be employed. Further, instead of calculating the output level once and then comparing it with the comparison level, the output level Vth2 obtained as a result of the calculation may be calculated so as not to fall below Vlimit. Further, instead of calculating the output level Vth2 itself at the inflection point and comparing it with the output level Vlimit, the photoelectric conversion characteristic having the comparison level as the inflection point is obtained in advance, and control parameters for obtaining the photoelectric conversion characteristic are obtained. The stored control parameter is compared with the control parameter obtained by the calculation, and the control parameter calculated when the output level Vth2 is in a relative relationship below Vlimit is stored. You may make it replace with the control parameter which exists.
ところで、(順序パターン1.2)の場合、すなわち[C]、[A]、[B]の順に制御パラメータを算出する場合は、上述の順序パターン1.1と同様である。これを概略して説明すると、先ず図37において、光電変換特性902が光電変換特性905となるよう(見かけ上変曲点903が変曲点904へ移動するよう)露光時間制御パラメータの算出を行い、次に図36において、前記光電変換特性905(光電変換特性901に相当)が光電変換特性902へと変化するよう絞り制御パラメータの算出を行う。ただし、ここでの絞り制御パラメータ算出の際は、先の図37における露光量設定用の被写体輝度及びこれの目標出力レベルの値と異なる設定値を用いてもよい。さらに引き続き図38において、前記図36の光電変換特性902(図38の光電変換特性905に相当)が光電変換特性906へと変化するようダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行う。
By the way, in the case of (order pattern 1.2), that is, when the control parameters are calculated in the order of [C], [A], and [B], they are the same as the order pattern 1.1 described above. This will be explained briefly. First, in FIG. 37, the exposure time control parameter is calculated so that the photoelectric conversion characteristic 902 becomes the photoelectric conversion characteristic 905 (the
この順序パターン1.2の場合も順序パターン1.1と同様、図38の[B]の場合の制御パラメータ算出の際には、変化後の光電変換特性906の変曲点Vth2の値が、出力レベルVlimitより低い場合、出力レベルVth2が図37に示すVlimit以上となるよう出力レベルVth2を所定出力レベル分だけ引き上げる演算が行われる。当該引き上げの演算方法も上述と同様であり、その説明を省略する。 In the case of this order pattern 1.2, similarly to the order pattern 1.1, when calculating the control parameter in the case of [B] in FIG. 38, the value of the inflection point Vth2 of the photoelectric conversion characteristic 906 after the change is When it is lower than the output level Vlimit, an operation is performed to raise the output level Vth2 by a predetermined output level so that the output level Vth2 becomes equal to or higher than Vlimit shown in FIG. The raising calculation method is also the same as described above, and the description thereof is omitted.
なお、上述においては、露光量制御における[A]の絞り制御及び[C]の露光時間制御に対して制御順位(優先順位)を設けてこれらを実行しているが、[A]及び[C]の制御(パラメータ算出の演算)を同時に実行(並列処理)してもよい。 In the above description, the control order (priority order) is set and executed for the aperture control [A] and the exposure time control [C] in the exposure control, but [A] and [C] ] (Parameter calculation calculation) may be executed simultaneously (parallel processing).
次に、前記<2>のダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる場合について説明する。図39〜41は、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードにおいてAE制御を行う場合の、撮像センサ30aの光電変換特性が変化する様子を示すグラフ図であり、図39は[B]のダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行う場合の変化を示し、図40は[A]の絞り制御パラメータの算出を行う場合の変化を示し、図41は[C]の露光時間制御パラメータの算出を行う場合の変化を示している。
Next, a case where priority is given to the calculation of the dynamic range control parameter <2> described above. 39 to 41 are graphs showing how the photoelectric conversion characteristics of the
ダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードでは、以下の制御パラメータ算出順序となる。
(順序パターン2.1)[B]の制御パラメータを算出した後、[A]、[C]の順に制御パラメータの算出を行うパターン
(順序パターン2.2)[B]の制御パラメータを算出した後、[C]、[A]の順に制御パラメータの算出を行うパターン
ここでは、(順序パターン2.1)を一例として以下に詳述する。
In the dynamic range control parameter calculation priority mode, the control parameter calculation order is as follows.
(Order pattern 2.1) After calculating the control parameters of [B], the control parameters of the pattern (order pattern 2.2) [B] for calculating the control parameters in the order of [A] and [C] were calculated. Later, a pattern in which the control parameters are calculated in the order of [C] and [A] Here, (order pattern 2.1) will be described in detail below as an example.
先ず図39に示す[B]の制御において、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512aにより、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(被写体最大輝度であるLm20)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、当該ダイナミックレンジ制御用に仮に設定した飽和出力レベルVmax1となる光電変換特性が得られるような光電変換特性設定値(ダイナミックレンジ制御パラメータ)が算出される。この光電変換特性設定値の算出方法は、前記図35の場合と同じでありその説明を省略する。前記仮飽和出力レベルVmax1は、後続(図40、41)の露光量制御を行うことによって同図中の矢印に示すように光電変換特性全体が変化(移動)し、ここでのダイナミックレンジ制御後の輝度Lm20に対する出力レベル(仮飽和出力レベルVmax1)が変化することを想定しているために、仮の値として設定されるものである。ただし、この仮飽和出力レベルVmax1の値を飽和出力レベルVmaxの値としてもよい。
First, in the control of [B] shown in FIG. 39, the dynamic range control parameter calculation unit 512a uses the AE evaluation value detected by the evaluation
なお、図39の[B]においては、輝度Lm20のセンサ出力を仮飽和出力レベルVmax1とするべく、AE評価値検出時の光電変換特性911から光電変換特性912へ変化するような(変曲点の出力レベルがVth1からVth2まで増加するような)光電変換特性設定値が算出される。ただし、光電変換特性911は、光電変換特性情報記憶部516に予め固定して(設定)記憶された光電変換特性であってもよいし、前回のAE制御時において設定された光電変換特性であってもよい。
In [B] of FIG. 39, the photoelectric conversion characteristic 911 at the time of AE evaluation value detection is changed from the photoelectric conversion characteristic 911 to the photoelectric conversion characteristic 912 so that the sensor output of the luminance Lm20 is set to the temporary saturation output level Vmax1 (inflection point). Is set so that the output level increases from Vth1 to Vth2. However, the photoelectric conversion characteristic 911 may be a photoelectric conversion characteristic that is fixed and stored in advance (set) in the photoelectric conversion characteristic
次に、前記図39におけるダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われた後、図40に示す[A]の制御における絞り制御パラメータの算出が行われる。この場合、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、絞り制御パラメータ算出部5113により、線形特性領域において、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、所定の目標出力レベル(Vtarget’)となる光電変換特性が得られるような絞り設定値(絞り制御パラメータ)が算出される(この絞り設定値の算出方法は、前記図33の場合と同じであり説明を省略する)。なお、図40においては、輝度Lt1のセンサ出力をVtarget’とするべく、光電変換特性912(図39に示す光電変換特性912に該当)から光電変換特性913へ変化するように露光量(絞り開口面積)の増加が図られる絞り設定値が算出される。
Next, after calculation of the dynamic range control parameter in FIG. 39, the aperture control parameter is calculated in the control [A] shown in FIG. In this case, by using the AE evaluation value detected by the evaluation
上記図40における絞り制御パラメータの算出においては、光電変換特性912から光電変換特性913へ変化させる場合、当該変化後の光電変換特性913における被写体輝度Lm20に対する出力レベルVmax2が算出され、このVmax2の値が、撮像センサ30aの飽和出力レベルVmaxより大きい場合には、この出力レベルVmax2がVmax以下となるよう、Vmax2の出力レベルの補正、具体的には、出力レベルVmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる(減少させる)演算が行われる。
In the calculation of the aperture control parameter in FIG. 40, when changing from the photoelectric conversion characteristic 912 to the photoelectric conversion characteristic 913, the output level Vmax2 for the subject luminance Lm20 in the photoelectric conversion characteristic 913 after the change is calculated, and the value of this Vmax2 However, when the output level is higher than the saturation output level Vmax of the
このVmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる演算は、輝度Lt1でのセンサ出力がVtargetとなる(輝度Lm20でのセンサ出力がVmax2となる)増幅率Gain(Gain=Vtarget/VtAve)を所定増幅率分だけ低下させる演算により行う。ただし当該増幅率Gainの低下は、露光時間の増幅率Gtを固定したまま絞りの増幅率Gsを低下させる(露光時間の増幅率Gtは変化させずに絞りの増幅率Gsを変化させる)演算となる。 The calculation for lowering Vmax2 by a predetermined output level is such that the sensor output at the luminance Lt1 is Vtarget (the sensor output at the luminance Lm20 is Vmax2). This is done by reducing the calculation. However, the reduction of the gain Gain is a calculation that reduces the aperture gain Gs while fixing the exposure time gain Gt (changes the aperture gain Gs without changing the exposure time gain Gt). Become.
このように、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードにおいての露出制御では、先のダイナミックレンジ制御において調整されたダイナミックレンジに対し影響を与えてしまう露光量制御パラメータ(増幅率Gain、絞り制御パラメータ)の算出に関して制限が設けられる。 Thus, in exposure control in the dynamic range control parameter calculation priority mode, calculation of exposure amount control parameters (amplification gain, aperture control parameter) that affect the dynamic range adjusted in the previous dynamic range control is performed. There are restrictions on
なお、第1の実施形態と同様、上記補正における増幅率等の所定レベル分の引き下げは、輝度Lm20のセンサ出力がVmaxとなる増幅率(VmGainとする)と、上記増幅率Gainとの差分量(増幅率差)を算出して当該差分量分を一度に引き下げることにより行ってもよいし、所定の出力レベル分ずつ段階的に引き下げる構成であってもよい。また、被写体輝度Lm20に対する出力レベルVmax2を一度演算してから飽和出力レベルVmaxと比較するのではなく、演算の結果得られる出力レベルVmax2が飽和出力レベルVmaxを上回らないように演算を行うようにしても構わない。さらに、前記<1>の露光量制御パラメータ算出優先モードで説明したのと同様に、出力レベルVmax2そのものを算出して飽和出力レベルと比較するのではなく、制御パラメータの比較を行うようにしてもよい。 Note that, as in the first embodiment, the reduction by a predetermined level such as the amplification factor in the correction described above is the difference between the amplification factor (VmGain) at which the sensor output of the luminance Lm20 is Vmax and the amplification factor Gain. It may be performed by calculating (amplification factor difference) and lowering the difference amount at a time, or may be configured to decrease step by step by a predetermined output level. Also, instead of calculating the output level Vmax2 for the subject brightness Lm20 once and comparing it with the saturated output level Vmax, the calculation is performed so that the output level Vmax2 obtained as a result of the calculation does not exceed the saturated output level Vmax. It doesn't matter. Further, as described in the above-described <1> exposure amount control parameter calculation priority mode, the output level Vmax2 itself is not calculated and compared with the saturated output level, but the control parameters may be compared. Good.
さらに、前記図40における絞り制御パラメータの算出が行われた後、図41に示す[C]の制御における露光時間制御パラメータの算出が行われる。この場合も上記図40と同様、評価値検出部405により検出されたAE評価値を用いて、露光時間制御パラメータ算出部5112により、線形特性領域において、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、新たな目標出力レベル(Vtarget)となる光電変換特性が得られるような露光時間設定値(露光時間制御パラメータ)が算出される(図36での目標出力レベルVtarget’の値を固定しておいて、このVtarget’に対する輝度Lt1の値を当該[C]の制御用に新たに設定することで変化後の光電変換特性を得てもよい)。この露光時間設定値の算出方法は、前記図34の場合と同じであり説明を省略する。なお、図41における制御の場合は、対数特性領域(の傾き及び位置)が固定された状態で、すなわち図40での光電変換特性のダイナミックレンジが固定された状態で、線形特性領域(の傾き)が変化し、見かけ上、光電変換特性913の変曲点914(Vth2)が変曲点915(Vth2’)へと移動されてなる光電変換特性916が得られる。
Further, after the aperture control parameter in FIG. 40 is calculated, the exposure time control parameter in the control [C] shown in FIG. 41 is calculated. In this case as well, as in FIG. 40, the exposure time control
なお、(順序パターン2.2)の場合、すなわち[B]、[C]、[A]の順に制御パラメータを算出する場合は、上述の(順序パターン2.1)と同様である。これを概略して説明すると、先ず図39において、光電変換特性911が光電変換特性912となるようダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行い、次に図41において、前記光電変換特性912(光電変換特性913に相当)が光電変換特性916へと変化するよう露光時間制御パラメータの算出を行う。さらに引き続き図40において、前記図41の光電変換特性916(図40の光電変換特性912に相当)が光電変換特性913へと変化するよう絞り制御パラメータの算出を行う。ただし、ここでの絞り制御パラメータ算出の際は、先の図41における露光量設定用の被写体輝度及びこれの目標出力レベルの値と異なる設定値を用いてもよい。
In the case of (order pattern 2.2), that is, when the control parameters are calculated in the order of [B], [C], and [A], they are the same as (order pattern 2.1) described above. Referring to FIG. 39, the dynamic range control parameter is calculated so that the photoelectric conversion characteristic 911 becomes the
この(順序パターン2.2)の場合も(順序パターン2.1)と同様、図40の[A]の場合の制御パラメータ算出の際には、変化後の光電変換特性913の被写体輝度Lm20に対する出力レベルVmax2の値が飽和出力レベルVmaxより大きい場合、出力レベルVmax2がVmax以下となるよう、出力レベルVmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる演算が行われる。当該引き下げの演算方法も上述と同様であり、その説明を省略する。 In the case of this (order pattern 2.2), similarly to (order pattern 2.1), when calculating the control parameter in the case of [A] in FIG. 40, the photoelectric conversion characteristic 913 after the change with respect to the subject luminance Lm20 is calculated. When the value of the output level Vmax2 is larger than the saturation output level Vmax, a calculation is performed to lower the output level Vmax2 by a predetermined output level so that the output level Vmax2 is equal to or lower than Vmax. The calculation method for the reduction is the same as described above, and the description thereof is omitted.
なお、このダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードにおいても、上述と同様、露光量制御における[A]の絞り制御及び[C]の露光時間制御に対して制御順位(優先順位)を設定せずに、[A]及び[C]の制御(パラメータ算出の演算)を同時に実行(並列処理)してもよい。 Even in this dynamic range control parameter calculation priority mode, as described above, the control order (priority order) is not set for the aperture control [A] and the exposure time control [C] in the exposure amount control. The control of [A] and [C] (parameter calculation calculation) may be executed simultaneously (parallel processing).
次に、第2の実施形態における、上記<1>の露光量制御パラメータ算出優先モード及び<2>のダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードにおける各制御パラメータ算出のフローについて、以下図42、43を用いて説明する。図42は、図36〜38に示す露光量制御パラメータ算出優先モードの場合の各制御パラメータ算出のフローの一例を示すフローチャートである。先ず、ユーザによるモード設定スイッチ105等の操作部100からの指示入力に基づいて、算出優先順位設定部5111aによって制御パラメータの算出優先順位の設定、すなわち露光量制御パラメータの算出をダイナミックレンジ制御パラメータの算出よりも優先させる露光量制御パラメータ算出優先モードが設定される。ただし、この場合の露光量制御パラメータの算出においては、露光時間制御パラメータの算出及び絞り制御パラメータの算出が行われるが、これら露光時間制御パラメータ算出及び絞り制御パラメータ算出のうち何れの方が先に実行されるかについての情報は、例えば算出優先順位設定部5111aに予め記憶されており、前記ユーザによる指示入力等によりこれらが選択され、その選択に応じて各制御パラメータの算出優先順位が設定される(例えば、絞り制御パラメータ算出、露光時間制御パラメータ算出、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出の順に、或いは、露光時間制御パラメータ算出、絞り制御パラメータ算出、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出の順に実行される優先順位が設定される)(ステップS71)。
Next, the flow of each control parameter calculation in the exposure control parameter calculation priority mode <1> and the dynamic range control parameter calculation priority mode <2> in the second embodiment will be described with reference to FIGS. I will explain. FIG. 42 is a flowchart showing an example of the flow of calculating each control parameter in the exposure amount control parameter calculation priority mode shown in FIGS. First, based on an instruction input from the
次に、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、所定の目標出力レベル(Vtarget)となるような露光量設定値(露光量制御パラメータ)、つまり露光時間設定値(露光時間制御パラメータ)及び絞り設定値(絞り制御パラメータ)の算出が行われる。ただし、この被写体輝度(Lt1)に対する目標出力レベル(Vtarget)の算出は、当該各設定値の算出優先順位に応じて謂わば2段階で行われる。すなわち、例えば図36、37に示すように絞り設定値、露光時間設定値の順で算出される場合には、先ず被写体輝度Lt1に対して目標出力レベルVtarget’となるような絞り設定値が算出され(図36)、次にこの同じ被写体輝度Lt1に対して目標出力レベルVtargetとなるような露光時間設定値が算出される(図37)(ステップS72)。なお、ステップS72において、ここでは、絞り設定値、露光時間設定値の順序で算出されているが、この逆の順序で算出されてもよいし、或いはこれら設定値の算出が同時に行われてもよい。
Next, an exposure amount setting value (exposure amount control parameter), that is, an exposure time setting value, at which the sensor output of the
そして、当該算出された露光時間設定値及び絞り設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、露光時間設定値及び絞り設定値のデジタルカメラ1aに対する設定が行われる(ステップS73)。次に、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(被写体最大輝度であるLm20)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、所定の出力レベル(飽和出力レベルVmax)となるようなダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)の算出が行われる(ステップS74)。そして、出力レベル判定部530により、変化後の光電変換特性の変曲点の出力レベルVth2がVlimit以上であるか否かが判定され、Vth2がVlimit以上でないと判定された場合には(ステップS75のNO)、上記ステップS74に戻り、Vth2を所定出力レベル分だけ引き上げる演算(出力レベルVth2の補正)が行われるとともに、当該補正されたVth2に応じた光電変換特性設定値の算出が行われる。Vth2がVlimit以上であると判定された場合には(ステップS75のYES)、当該算出された光電変換特性設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、光電変換特性設定値のデジタルカメラ1aに対する設定が行われる(ステップS76)。
The calculated exposure time setting value and aperture setting value are stored in the photoelectric conversion characteristic
図43は、図39〜41に示すダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードの場合の各制御パラメータ算出のフローの一例を示すフローチャートである。先ず、ユーザによるモード設定スイッチ105等の操作部100からの指示入力に基づいて、算出優先順位設定部5111aによって制御パラメータの算出優先順位の設定、すなわちダイナミックレンジ制御パラメータの算出を露光量制御パラメータの算出よりも優先させるダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードが設定される。ただし、このモードでの露光量制御パラメータの算出においても、上記図42の場合と同様、露光時間制御パラメータの算出及び絞り制御パラメータの算出が行われるが、これら露光時間制御パラメータ算出及び絞り制御パラメータ算出のうち何れの方が先に実行されるかについての情報は、例えば算出優先順位設定部5111aに予め記憶されており、前記ユーザによる指示入力等によりこれらが選択され、その選択に応じて各制御パラメータの算出優先順位が設定される(例えば、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出、絞り制御パラメータ算出、露光時間制御パラメータ算出の順に、或いは、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出、露光時間制御パラメータ算出、絞り制御パラメータ算出の順に実行される優先順位が設定される)(ステップS81)。
FIG. 43 is a flowchart illustrating an example of a flow of each control parameter calculation in the dynamic range control parameter calculation priority mode illustrated in FIGS. First, based on an instruction input from the
次に、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(被写体最大輝度であるLm20)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、所定の出力レベル(仮飽和出力レベルVmax1)となるようなダイナミックレンジ制御パラメータ(光電変換特性設定値)の算出が行われる(ステップS82)。そして、当該算出された光電変換特性設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、光電変換特性設定値のデジタルカメラ1aに対する設定が行われる(ステップS83)。
Next, a dynamic range control parameter (photoelectric conversion characteristics) such that the sensor output of the
次に、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30aのセンサ出力が、所定の目標出力レベル(Vtarget)となるような露光量設定値(露光量制御パラメータ)、つまり露光時間設定値(露光時間制御パラメータ)及び絞り設定値(絞り制御パラメータ)の算出が行われる。ただし、この被写体輝度(Lt1)に対する目標出力レベル(Vtarget)の算出は、当該各設定値の算出優先順位に応じて謂わば2段階で行われる。すなわち、例えば図40、41に示すように絞り設定値、露光時間設定値の順で算出される場合には、先ず被写体輝度Lt1に対して目標出力レベルVtarget’となるような絞り設定値が算出され(図40)、次にこの同じ被写体輝度Lt1に対して目標出力レベルVtargetとなるような露光時間設定値が算出される(図41)(ステップS84)。なお、ステップS84において、ここでは、絞り設定値、露光時間設定値の順序で算出されているが、この逆の順序で算出されてもよいし、或いはこれら設定値の算出が同時に行われてもよい。
Next, an exposure amount setting value (exposure amount control parameter), that is, an exposure time setting value, at which the sensor output of the
そして、出力レベル判定部530により、変化後(ここでは、図40に示す絞り設定値の算出後)の光電変換特性に対する輝度Lm20における出力レベルVmax2が飽和出力レベルVmaxより大きいか否かが判定され、Vmax2がVmaxより大きいと判定された場合には(ステップS85のYES)、上記ステップS84に戻り、Vmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる演算(例えば増幅率Gain(絞りの増幅率Gs)を低下させる補正)が行われるとともに、当該補正されたGainに応じた絞り設定値の算出が行われる。Vmax2がVmaxより大きくないと判定された場合には(ステップS85のNO)、当該算出された露光時間設定値及び絞り設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、露光時間設定値及び絞り設定値のデジタルカメラ1aに対する設定が行われる(ステップS86)。
Then, the output
なお、上記図42、43に示すフローにおいては、各制御パラメータを算出し、当該算出ごとに各制御パラメータの設定を行う構成となっているが、図44、45に示すフローの通り、全ての制御パラメータを算出してから、当該各制御パラメータの設定を行う構成であってもよい。すなわち、先ず図44において、算出優先順位設定部5111aに露光量制御パラメータ算出優先モード(絞り制御及び露光時間制御、ダイナミックレンジ制御の順となる制御優先順位)が設定され(ステップS91)、上記図42に示すステップS72と同様に、露光時間設定値及び絞り設定値の算出が行われる(ステップS92)。次に、上記ステップS74、S75と同様に、光電変換特性設定値の算出が行われ(ステップS93)、出力レベル判定部530によって出力レベルVth2がVlimit以上であるか否かが判定され、Vth2がVlimit以上でないと判定された場合には(ステップS94のNO)、ステップS93に戻って、Vth2を所定出力レベル分だけ引き上げる演算が行われるとともに、当該補正されたVth2に応じた光電変換特性設定値の算出が行われる。そして、Vth2がVlimit以上であると判定された場合には(ステップS94のYES)、ステップS92及びS93(ステップS94のNO)において算出された露光時間設定値及び絞り設定値、並びに光電変換特性設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、当該各設定値のデジタルカメラ1aに対する設定が行われる(ステップS95)。
In the flow shown in FIGS. 42 and 43, each control parameter is calculated and each control parameter is set for each calculation. However, as shown in FIGS. A configuration in which each control parameter is set after calculating the control parameter may be employed. 44. First, in FIG. 44, the exposure priority control parameter calculation priority mode (control priority in the order of aperture control, exposure time control, and dynamic range control) is set in the calculation
次に図45においては、算出優先順位設定部5111aにダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モード(ダイナミックレンジ制御、絞り制御及び露光時間制御の順となる制御優先順位)が設定され(ステップS101)、上記図43に示すステップS82と同様に、光電変換特性設定値の算出が行われる(ステップ102)。次に、上記ステップS84、S85と同様に、露光時間設定値及び絞り設定値の算出が行われ(ステップS103)、出力レベル判定部530によって出力レベルVmax2が飽和出力レベルVmaxより大きいか否かが判定され、Vmax2がVmaxより大きいと判定された場合には(ステップS104のYES)、ステップS103に戻って、Vmax2を所定出力レベル分だけ引き下げる演算が行われるとともに、当該補正されたGain(絞りの増幅率Gs)に応じた絞り設定値の算出が行われる。そして、Vmax2がVmaxより大きくないと判定された場合には(ステップS104のNO)、ステップS102及びS103(ステップS104のYES)において算出された光電変換特性設定値、並びに露光時間設定値及び絞り設定値が光電変換特性情報記憶部516に記憶され、当該各設定値のデジタルカメラ1aに対する設定が行われる(ステップS105)。
Next, in FIG. 45, a dynamic range control parameter calculation priority mode (control priority in the order of dynamic range control, aperture control, and exposure time control) is set in the calculation
第2の実施形態においては、上記<1>の露光量制御パラメータ算出優先モード、<2>のダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードのいずれにおいても、露光量制御パラメータ算出(絞り制御パラメータ算出及び露光時間制御パラメータ算出)、及びダイナミックレンジ制御パラメータ算出という2段階(或いは、絞り、露光時間、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出の3段階)の演算により撮像に用いるべき光電変換特性を決定しているので、光電変換特性決定までの処理を簡単で速やかに行うことができる。なお、上記第2の実施形態では、優先する制御を先に実行するようにしているが、必ずしもこの限りではなく、例えば、以下のような変形例を採用すれば、優先しない方の制御を先に行うこともできる。(変形例1’)露光量制御(絞り制御、露光時間制御)→ダイナミックレンジ制御の順序で制御を行うが、ダイナミックレンジ制御において変曲点の規制を設けないようにする。このようにすると、結果的にダイナミックレンジ制御を優先することができる。(変形例2’)ダイナミックレンジ制御→露光量制御(絞り制御、露光時間制御)の順序で制御を行うが、露光量制御において飽和出力レベルの規制を設けないようにする。このようにすると、結果的に露光量制御を優先することができる。 In the second embodiment, exposure amount control parameter calculation (aperture control parameter calculation and exposure time) is performed in both the above-described <1> exposure amount control parameter calculation priority mode and <2> dynamic range control parameter calculation priority mode. Photoelectric conversion characteristics to be used for imaging are determined by calculation in two steps (or three steps of aperture, exposure time, and dynamic range control parameter calculation): control parameter calculation) and dynamic range control parameter calculation. Processing up to the characteristic determination can be performed easily and promptly. In the second embodiment, priority control is executed first. However, this is not necessarily the case. For example, if the following modification is adopted, control that does not have priority will be executed first. Can also be done. (Modification 1 ') Control is performed in the order of exposure amount control (aperture control, exposure time control) → dynamic range control, but inflection points are not restricted in the dynamic range control. In this way, the dynamic range control can be prioritized as a result. (Modification 2 ') Although control is performed in the order of dynamic range control → exposure amount control (aperture control, exposure time control), saturation output level is not restricted in exposure amount control. If it does in this way, priority can be given to exposure amount control as a result.
以上のように、第1の実施形態における撮像装置(デジタルカメラ1)によれば、被写体の輝度情報に基づいて評価値検出部405によりAE評価値が検出され、このAE評価値を用いて、光電変換特性に基づき、露光量制御パラメータ算出部511(露光量制御手段)による露光量制御が行われると共にダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512(ダイナミックレンジ制御手段)によるダイナミックレンジ制御が行われることによってAE制御が行われる。算出優先順位設定部5111には、これら露光量制御パラメータ算出部511による露光量制御と、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512によるダイナミックレンジ制御とのいずれかを優先させることを示す優先順位(の情報)が設定される。このように、デジタルカメラ1が備える撮像センサ30の光電変換特性と関連付けて、露光量制御パラメータ算出部511による露光量制御とダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512によるダイナミックレンジ制御とが行われると共に、当該優先順位に応じた露光量制御とダイナミックレンジ制御とによるデジタルカメラ1のAE制御が可能となるため、被写体輝度に応じて、被写体を最適な露光状態で且つ所定のダイナミックレンジを確保した状態で撮像することができ、さらには、撮影における各状況に応じて、露光量(制御)かダイナミックレンジ(制御)かのいずれかに重きを置いて露出制御を行いたいといった場合にも対応することができる、より自由度の高いAE制御が可能なデジタルカメラ1を提供することができる。
As described above, according to the imaging apparatus (digital camera 1) in the first embodiment, the evaluation
また、算出優先順位設定部5111に、露光量制御パラメータの算出を優先させる優先順位の情報が設定され、この設定に基づいて、先ず露光量制御パラメータ算出部511による露光量制御パラメータの算出が優先して行われ、この次にダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512によるダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、露光量(制御)により重きを置きつつ、すなわち所望の露光量の確保を優先しつつ、所要の(例えば最低限必要な)ダイナミックレンジの確保も行うといったAE制御が可能となる。
In addition, priority level information that prioritizes calculation of the exposure amount control parameter is set in the calculation priority
また、算出優先順位設定部5111に、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる優先順位の情報が設定され、この設定に基づいて、先ずダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512によるダイナミックレンジ制御パラメータの算出が優先して行われ、この次に露光量制御パラメータ算出部511による露光量制御パラメータの算出が行われるため、ダイナミックレンジ(制御)により重きを置きつつ、すなわち所望のダイナミックレンジの確保を優先しつつ、所要の(例えば最低限必要な)露光量の確保も行うといった露出制御が可能となる。
In addition, priority level information that prioritizes calculation of the dynamic range control parameter is set in the calculation priority
また、先ず線形特性領域において露光量設定用の被写体輝度Lt1に対する撮像センサ30の出力レベルが、所定の目標出力レベルVtargetとなるように露光量の制御が行われるため、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所望の露光量を優先して確保することができると共に、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度Lm20(例えば最大被写体輝度)に対する撮像センサ30の出力レベルが飽和出力レベルVmaxとなるように、すなわち被写体輝度(被写体輝度の範囲)に対するセンサ出力が撮像センサ30の出力レベル範囲に入るように、所要のダイナミックレンジ(被写体輝度の範囲)の確保を図ることができる。
First, the exposure amount is controlled so that the output level of the
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512によって、変曲点出力レベルVth2が比較用出力レベルVlimitを下回らない(以上となる)ようにダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、露光量制御を行った後の(露光量制御パラメータ算出後の)、ダイナミックレンジ制御(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出)によって、先の露光量制御において優先的に確保した露光量が損なわれてしまう、すなわち、上記の露光量設定用の被写体輝度Lt1に対する撮像センサ30の出力レベルが目標出力レベルVtargetとなる露光量が確保できなくなるといったことを防止でき、露光量制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。
Further, since the dynamic range control parameter calculation unit 512 calculates the dynamic range control parameter so that the inflection point output level Vth2 does not fall below (becomes) the comparison output level Vlimit, the exposure amount control is performed. The exposure amount preferentially secured in the previous exposure amount control is impaired by the subsequent dynamic range control (calculation of the dynamic range control parameter) (after calculating the exposure amount control parameter). It is possible to prevent that the exposure amount at which the output level of the
また、先ずダイナミックレンジ設定用の被写体輝度Lm20に対する撮像センサ30の出力レベルが所定の仮飽和出力レベルVmax1となるように、すなわち被写体輝度(被写体輝度の範囲)に対するセンサ出力が撮像センサ30の出力レベル範囲に入るように、所望のダイナミックレンジを優先して確保することができると共に、線形特性領域において露光量設定用の被写体輝度Lt1に対する撮像センサ30の出力レベルが所定の目標出力レベルVtargetとなるように露光量の制御が行われ、低輝度の被写体でも高コントラストな画像信号が得られる線形特性領域での撮像における所要の露光量の確保を図ることができる。
First, the output level of the
また、露光量制御パラメータ算出部511によって、比較用出力レベルVmax2が飽和出力レベルVmaxを上回らない(以下となる)ように露光量制御パラメータの算出が行われるため、ダイナミックレンジ制御を行った後の(ダイナミックレンジ制御パラメータ算出後の)、露光量制御(露光量制御パラメータの算出)によって、先のダイナミックレンジ制御によって優先的に確保したダイナミックレンジが損なわれて(狭くなって)しまう、すなわち、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度Lm20に対する撮像センサ30の出力レベルが飽和出力レベルVmaxをオーバーしてしまい、撮像センサ30の出力レベル範囲を最大限利用したより広いダイナミックレンジの確保ができなくなるといったことを防止でき、ダイナミックレンジ制御を優先させた露出制御を確実に行うことができる。
Further, the exposure amount control
また、本発明の第2の実施形態における撮像装置(デジタルカメラ1a)によれば、撮像センサ30aが対数特性領域での光電変換を露光時間に依存せず実行することが可能に構成され、露光量制御パラメータ算出部511a(露光量制御手段)が備える絞り制御パラメータ算出部5113(絞り制御手段)によって、絞り22に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量が制御され、また露光量制御パラメータ算出部511aが備える露光時間制御パラメータ算出部5112(露光時間制御手段)によって、撮像センサ30aに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量が制御される。そして算出優先順位設定部5111a(優先順位設定手段)によって、絞り制御パラメータ算出部5113による絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータ算出部5112による露光時間制御パラメータの算出を示す露光量制御パラメータの算出を優先させる優先順位が設定され、全体制御部50a(露出制御手段)によって、それぞれ独立してAE制御可能に構成された絞り制御手段及び/又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段によるAE制御において、算出優先順位設定部5111aにより設定された優先順位に基づき、順に、前記絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出、前記ダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われる。
Moreover, according to the imaging device (
このように、撮像センサ30aの(対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという)光電変換特性と関連付けて、所定の優先順位に基づき、順に、絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、絞り制御及び/又は露光時間制御による露光量制御に重きを置いてAE制御を行いたいといった場合にも対応することができ、さらに当該ダイナミックレンジ制御より優先させた露光量制御においても、絞り制御及び/又は露光時間制御に対する優先順位を設定することができ、より自由度の高い、また当該優先順位に応じた効率の良いAE制御が可能となる撮像装置を提供することができる。
In this way, in association with the photoelectric conversion characteristic of the
また、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部512a(ダイナミックレンジ制御手段)によって、変曲点出力レベル(Vth2;図38参照)が比較用出力レベル(Vlimit)以上となるようにダイナミックレンジ制御パラメータの算出が行われるため、所定の優先順位に応じて、順に、絞り制御及び/又は露光時間制御、ダイナミックレンジ制御の各制御が行われる場合であっても、露光量制御を行った後の(絞り制御パラメータ及び/又は露光時間制御パラメータ算出後の)、ダイナミックレンジ制御(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出)によって、先の露光量制御において優先的に確保した露光量が損なわれてしまう、すなわち、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサ30aの出力レベルが目標出力レベル(Vtarget)となる露光量が確保できなくなるといったことを防止でき、露光量制御を優先させたAE制御を確実に行うことができる。
The dynamic range control parameter calculation unit 512a (dynamic range control means) calculates the dynamic range control parameter so that the inflection point output level (Vth2; see FIG. 38) is equal to or higher than the comparison output level (Vlimit). Therefore, even if each of the aperture control and / or the exposure time control and the dynamic range control is sequentially performed in accordance with a predetermined priority, the aperture control parameter and The exposure amount preferentially secured in the previous exposure amount control is impaired by dynamic range control (calculation of the dynamic range control parameter) after the exposure time control parameter is calculated, that is, for exposure amount setting. The output level of the
また、撮像センサ30aの(対数特性領域での光電変換が露光時間に依存せず実行されるという)光電変換特性と関連付けて、所定の優先順位に基づき、順に、ダイナミックレンジ制御パラメータの算出、絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出が行われるため、ダイナミックレンジ制御に重きを置いてAE制御を行いたいといった場合にも対応することができ、さらに当該ダイナミックレンジ制御より後に実行する露光量制御においても、絞り制御及び/又は露光時間制御に対する優先順位を設定することができ、より自由度の高い、また当該優先順位に応じた効率の良いAE制御が可能となる撮像装置を提供することができる。
Further, in association with the photoelectric conversion characteristics of the
また、露光量制御パラメータ算出部511a(露光量制御手段)によって、比較用出力レベル(Vmax2;図40参照)が飽和出力レベル(Vmax)以下となるように露光量制御パラメータの算出が行われるため、所定の優先順位に応じて、順に、ダイナミックレンジ制御、絞り制御及び/又は露光時間制御の各制御が行われる場合であっても、ダイナミックレンジ制御を行った後の(ダイナミックレンジ制御パラメータの算出後の)、露光量制御(絞り制御パラメータ及び/又は露光時間制御パラメータ算出)によって、先のダイナミックレンジ制御において優先的に確保したダイナミックレンジが損なわれてしまう、すなわち、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサ30aの出力レベルが飽和出力レベル(Vmax)をオーバーしてしまい、撮像センサ30aの出力レベル範囲を最大限利用したより広いダイナミックレンジの確保ができなくなるといったことを防止でき、ダイナミックレンジ制御を優先させたAE制御を確実に行うことができる。
In addition, the exposure amount control
さらに、撮像センサ30aにフローティングディフュージョン(FD)とリセットバイアス印加用のトランジスタ(トランジスタT11)とが備えられ、該トランジスタのゲート電圧が中電位(Mid;図32(a)参照)に設定されることで線形特性領域及び対数特性領域からなる光電変換特性を有する信号が出力されるため、簡易な構成による撮像センサ30aを用いて、線形特性領域及び対数特性領域を有する光電変換特性を得ることが可能となると共に、AE制御に関してそれぞれ独立した制御であり(各制御別に異なる光電変換特性の変化が得られる)かつ制御の優先順位が設定された、絞り制御及び/又は露光時間制御、並びにダイナミックレンジ制御によるAE制御を実現することが可能となる。
Further, the
なお、本発明は、以下の態様をとることができる。
(A)上記第1の実施形態では、撮像センサ30の各画素において、PチャンネルMOSFETを採用しているが、NチャンネルMOSFETを採用してもよい。また、上記第2の実施形態では、撮像センサ30aの各画素において、NチャンネルMOSFETを採用しているが、PチャンネルMOSFETを採用してもよい。
In addition, this invention can take the following aspects.
(A) In the first embodiment, a P-channel MOSFET is employed in each pixel of the
(B)上記第1及び第2の実施形態について、これら各場合と同様に動作する(第1の実施形態では、例えば露光量制御としての絞り制御及び露光時間制御に応じて光電変換特性全体が変化する。第2の実施形態では、例えば絞り制御により光電変換特性全体が変化するものの、露光時間制御については、線形特性領域では積分効果があり該特性が露光時間に応じて変化するが、対数特性領域では積分効果がなく露光時間に依らず該特性が固定される。ただし、各実施形態も変曲点位置の制御に基づくダイナミックレンジ制御が行われる)撮像センサであれば、いずれの撮像センサであってもよい。 (B) About said 1st and 2nd embodiment, it operate | moves similarly to each of these cases (In 1st Embodiment, for example, the whole photoelectric conversion characteristic is according to aperture control and exposure time control as exposure amount control. In the second embodiment, the entire photoelectric conversion characteristic is changed by, for example, aperture control, but the exposure time control has an integral effect in the linear characteristic region, and the characteristic changes according to the exposure time. In the characteristic region, there is no integral effect, and the characteristic is fixed regardless of the exposure time (however, each embodiment is subject to dynamic range control based on inflection point position control). It may be.
(C)上記第1(第2)の実施形態では、撮像センサ30(撮像センサ30a)によって被写体輝度を検出しているが、撮像センサ30(撮像センサ30a)とは別に設けた測光素子(被写体の輝度を複数の受光素子にて分割して測光する素子)等を用いて被写体輝度(AE評価値)を検出するようにしてもよい。ただし、機構の簡略化の観点からは撮像センサ30(撮像センサ30a)により撮像される実際の撮影画像から得られる画像信号に基づいて被写体輝度(AE評価値)を検出することが望ましい。
(C) In the first (second) embodiment, the subject brightness is detected by the imaging sensor 30 (
(D)上記第1(第2)の実施形態では、シャッタ23及び撮像センサ30(撮像センサ30a)の構成を備えて露光時間を制御する構成であるが、シャッタ23及び撮像センサ30(撮像センサ30a)のいずれか一方のみの構成を備えて露光時間を制御する構成としてもよい。
(D) In the first (second) embodiment, the
(E)上記第1の実施形態では、露光時間T2及び絞りの開口面積S2をLUTによるデータ変換することにより得られた撮像センサ30やシャッタ23、絞り22に対する設定値を、それぞれ露光時間設定値及び絞り設定値としているが、増幅率Gt、Gs(又は露光時間T2、絞りの開口面積S2)を、それぞれ露光時間設定値及び絞り設定値としてもよい。同様に、変曲点の出力レベルVth2(又はΔVth)を光電変換特性設定値としてもよい。第2の実施形態の場合もこれと同様、増幅率Gt、Gsを、それぞれ露光時間設定値及び絞り設定値としてもよいし、変曲点の出力レベルを光電変換特性設定値としてもよい。
(E) In the first embodiment, the setting values for the
(F)上記第1及び第2の実施形態では、評価値算出用の画像データとしてRGB原色データを用いているが、その他の画像データ、例えば補色画像データ、モノクロ輝度データ等を用いてもよい。 (F) In the first and second embodiments, RGB primary color data is used as image data for evaluation value calculation, but other image data, for example, complementary color image data, monochrome luminance data, or the like may be used. .
(G)撮像領域330の分割(領域分割)は、分割測光方式による分割でなくともよく、例えばスポット測光方式或いは中央部部分測光方式等、いずれの方式によってもよい。また、撮像領域330の主被写体領域331及び周辺被写体領域332のブロック構成は、図15に示すような構成でなくともよい。また、当該ブロック毎に評価値を算出しているが、主被写体領域331と周辺被写体領域332との2つの領域(2ブロック;各領域を1ブロックとする)における評価値を算出する構成であってもよい。また、撮像領域330を主被写体領域331及び周辺被写体領域332といった2つの領域に分けるのではなく、3つ以上の領域に分け、当該各領域(のブロック)での輝度情報から評価値を算出し、これに基づくAE制御を行う構成としてもよい。或いは撮像領域を分けずに当該1つの撮像領域に対して同様に評価値を算出してAE制御を行う構成としてもよい、さらに、撮像領域330の上述のような各領域(ブロック)の領域設定を、ユーザの操作指示に応じて随時行う構成であってもよい。
(G) The division (area division) of the
(H)上記第2の実施形態では、[A]、[B]、[C]による絞りの制御、ダイナミックレンジの制御、及び露光時間の制御(設定)を行うことでAE制御が行われる構成となっているが、これに限らず、[A]、[B]、[C]における何れか1つの制御(設定)によってAE制御が行われる構成であっても構わない。すなわち、
[A]:絞り制御(設定)のみによって、露光量設定用の被写体(主被写体)輝度(例えば図33に示す輝度Lt1)が線形特性領域において、所望の出力レベル(Vtarget)となるように制御する。ただし、この場合、変曲点の出力レベル(Vth)は、所望の出力レベル(Vtarget)よりも高いレベルに設定されている。なお、この[A]の絞り制御のみによるAE制御は、全体的に露光量を制御したいとき、つまりダイナミックレンジを変化させて画像全体の明るさを調整しつつ線形特性領域(低輝度画像)の調整(例えばコントラスト調整)を行いたいような場合に有効となる。
[B]:ダイナミックレンジ制御(設定)のみによって、露光量設定用の被写体(主被写体)輝度が線形特性領域にて撮像されるように制御する(例えば図35において輝度Lt10をこの露光量設定用の被写体輝度とすると、被写体輝度Lt10が線形特性領域に入るように光電変換特性の変曲点位置をVth2からVth1へ移動させる制御を行う)。
なお、露光量設定用の被写体輝度が対数特性領域にある場合には、前記図19での説明と同様、所定のLUTを用いて当該対数特性領域を線形特性領域へ変換し、この変換した線形特性領域における、前記露光量設定用の被写体輝度に対するセンサ出力値を算出し、当該算出したセンサ出力値よりも高いレベルの変曲点出力レベルとなるよう光電変換特性設定を行う。なお、この[B]のダイナミックレンジ制御のみによるAE制御は、線形特性領域(低輝度画像のGain)は固定(維持)したままで、ダイナミックレンジを調整したいような場合に有効となる。
[C]:露光時間制御(設定)のみによって、露光量設定用の被写体(主被写体)輝度が線形特性領域において、所望の出力レベル(Vtarget)となるように制御する。ただし、この場合、変曲点の出力レベル(Vth)が所望の出力レベル(Vtarget)を下回らないよう制御する。なお、この[C]の露光時間制御のみによるAE制御は、ダイナミックレンジは固定(維持)したままで、線形特性領域(低輝度画像)を調整したいような場合に有効となる。
(H) In the second embodiment, the AE control is performed by performing aperture control, dynamic range control, and exposure time control (setting) using [A], [B], and [C]. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which AE control is performed by any one control (setting) in [A], [B], and [C] may be used. That is,
[A]: Control is performed so that the subject (main subject) brightness for exposure amount setting (for example, brightness Lt1 shown in FIG. 33) becomes a desired output level (Vtarget) in the linear characteristic region only by aperture control (setting). To do. In this case, however, the inflection point output level (Vth) is set to a level higher than the desired output level (Vtarget). Note that the AE control based only on the aperture control of [A] is intended to control the exposure amount as a whole, that is, in the linear characteristic region (low luminance image) while adjusting the brightness of the entire image by changing the dynamic range. This is effective when adjustment (for example, contrast adjustment) is desired.
[B]: Control is performed so that the subject (main subject) brightness for exposure amount setting is imaged in the linear characteristic region only by dynamic range control (setting) (for example, the luminance Lt10 in FIG. 35 is used for this exposure amount setting). If the subject brightness is set to the subject brightness, control is performed to move the inflection point position of the photoelectric conversion characteristics from Vth2 to Vth1 so that the subject brightness Lt10 falls within the linear characteristic region.
When the subject brightness for setting the exposure amount is in the logarithmic characteristic area, the logarithmic characteristic area is converted into a linear characteristic area using a predetermined LUT, as described with reference to FIG. A sensor output value with respect to the subject luminance for exposure amount setting in the characteristic region is calculated, and photoelectric conversion characteristic setting is performed so that the inflection point output level is higher than the calculated sensor output value. Note that the AE control based only on the dynamic range control of [B] is effective when the dynamic range is to be adjusted while the linear characteristic region (gain of the low luminance image) is fixed (maintained).
[C]: Control is performed so that the subject (main subject) brightness for exposure amount setting becomes a desired output level (Vtarget) in the linear characteristic region only by exposure time control (setting). In this case, however, control is performed so that the output level (Vth) of the inflection point does not fall below the desired output level (Vtarget). Note that the AE control based only on the exposure time control of [C] is effective when it is desired to adjust the linear characteristic region (low luminance image) while the dynamic range is fixed (maintained).
(I)上記(H)の変形態様に関し、各優先モードにおける露光量制御を、[A]、[C]における何れか一方のみの制御によって行ってもよい。具体的には、露光量制御パラメータ算出優先モードにおいて、順に[A]、[B]と制御してもよいし([C]の制御は実施しない)、順に[C]、[B]と制御してもよい([A]の制御は実施しない)。一方、ダイナミックレンジ制御パラメータ算出優先モードにおいては、同様に、順に[B]、[A]と制御してもよいし([C]の制御は実施しない)、順に[B]、[C]と制御してもよい([A]の制御は実施しない)。 (I) With regard to the modified form of (H) above, the exposure amount control in each priority mode may be performed by controlling only one of [A] and [C]. Specifically, in the exposure amount control parameter calculation priority mode, the control may be performed in order of [A] and [B] (the control of [C] is not performed), or in the order of control of [C] and [B]. (Control of [A] is not implemented). On the other hand, in the dynamic range control parameter calculation priority mode, similarly, the control may be performed in order of [B] and [A] (the control of [C] is not performed), or in the order of [B] and [C]. You may control ([A] control is not implemented).
1、1a デジタルカメラ(撮像装置)
100 操作部
20 鏡胴
21 レンズ群
22 絞り
23 シャッタ
30、30a 撮像センサ
31、31a タイミング生成回路
40 信号処理部
405 評価値検出部(露出評価値検出手段)
50、50a 全体制御部(露出制御手段)
510、510a 演算部
5110、5110a AE制御パラメータ算出部
5111、5111a 算出優先順位設定部(優先順位設定手段)
5112 露光時間制御パラメータ算出部(露光時間制御手段)
5113 絞り制御パラメータ算出部(絞り制御手段)
511、511a 露光量制御パラメータ算出部(露光量制御手段)
512、512a ダイナミックレンジ制御パラメータ算出部(ダイナミックレンジ制御手段)
516 光電変換特性情報記憶部
518 LUT記憶部
520 制御信号発生部
530 出力レベル判定部
60 駆動部
320 光電変換特性
330 撮像領域
331 主被写体領域
332 周辺被写体領域
FD フローティングディフュージョン
T11 トランジスタ(請求項12記載のトランジスタ)
PD1 フォトダイオード
1, 1a Digital camera (imaging device)
DESCRIPTION OF
50, 50a Overall control unit (exposure control means)
510, 510a
5112 Exposure time control parameter calculation unit (exposure time control means)
5113 Aperture control parameter calculation unit (aperture control means)
511, 511a Exposure amount control parameter calculation unit (exposure amount control means)
512, 512a Dynamic range control parameter calculation unit (dynamic range control means)
516 Photoelectric conversion characteristic
PD1 photodiode
Claims (12)
被写体から得られる輝度情報に基づいて、被写体を撮像するに際しての露出評価値を検出する露出評価値検出手段と、
前記露出評価値検出手段により検出された露出評価値に基づいて露出設定用の被写体輝度を定め、当該撮像装置の露出制御を行う露出制御手段であって、撮像センサに対する露光量を制御する露光量制御手段と、撮像センサの光電変換特性を制御するダイナミックレンジ制御手段とを備える露出制御手段と、
前記露光量制御手段による露光量制御と、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御とのいずれかを優先させることを示す優先順位を設定する優先順位設定手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 An electrical signal corresponding to the amount of incident light is generated, and the photoelectric conversion characteristic is a linear characteristic region in which the electric signal is linearly converted with respect to the amount of incident light, and the electric signal is logarithmized with respect to the amount of incident light. An image sensor having a logarithmic characteristic region that is converted and output automatically,
Exposure evaluation value detection means for detecting an exposure evaluation value when imaging the subject based on luminance information obtained from the subject;
Exposure control means for determining subject brightness for exposure setting based on the exposure evaluation value detected by the exposure evaluation value detection means, and performing exposure control of the imaging apparatus, and controlling the exposure amount for the imaging sensor Exposure control means comprising control means and dynamic range control means for controlling photoelectric conversion characteristics of the image sensor;
An imaging apparatus comprising: priority order setting means for setting a priority order indicating that priority is given to either exposure amount control by the exposure amount control means or dynamic range control by the dynamic range control means.
前記優先順位設定手段は、前記露光量制御パラメータの算出を優先させる優先順位を設定し、
前記露出制御手段は、優先順位設定手段に設定された当該優先順位に基づいて、順に、露光量制御手段による露光量制御パラメータの算出、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行うことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 The priority order indicates that priority is given to either the calculation of the exposure amount control parameter by the exposure amount control means or the calculation of the dynamic range control parameter by the dynamic range control means,
The priority order setting means sets a priority order for giving priority to the calculation of the exposure amount control parameter,
The exposure control means calculates the exposure amount control parameter by the exposure amount control means and the dynamic range control parameter by the dynamic range control means in order based on the priority order set in the priority order setting means. The imaging apparatus according to claim 1, wherein:
前記優先順位設定手段は、前記ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる優先順位を設定し、
前記露出制御手段は、優先順位設定手段に設定された当該優先順位に基づいて、順に、ダイナミックレンジ制御手段によるダイナミックレンジ制御パラメータの算出、露光量制御手段による露光量制御パラメータの算出を行うことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 The priority order indicates that priority is given to either the calculation of the exposure amount control parameter by the exposure amount control means or the calculation of the dynamic range control parameter by the dynamic range control means,
The priority order setting means sets a priority order for giving priority to the calculation of the dynamic range control parameter,
The exposure control means sequentially calculates the dynamic range control parameter by the dynamic range control means and the exposure amount control parameter by the exposure amount control means based on the priority order set by the priority order setting means. The imaging apparatus according to claim 1, wherein:
前記ダイナミックレンジ制御手段は、前記露光量制御手段による露光量設定値の算出後、ダイナミックレンジ設定用の被写体輝度(Lm20)に対する撮像センサの出力レベルが所定の飽和出力レベル(Vmax)となる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応するダイナミックレンジ制御パラメータとしての光電変換特性設定値を算出することを特徴とする請求項2記載の撮像装置。 The exposure amount control means calculates a photoelectric conversion characteristic in which the output level of the imaging sensor with respect to the subject luminance (Lt1) for setting the exposure amount becomes a predetermined target output level (Vtarget) in the linear characteristic region, and the calculation Calculate the exposure setting value as the exposure control parameter corresponding to the photoelectric conversion characteristics,
After the calculation of the exposure amount set value by the exposure amount control unit, the dynamic range control unit performs photoelectric conversion in which the output level of the imaging sensor with respect to the subject luminance (Lm20) for setting the dynamic range becomes a predetermined saturation output level (Vmax). The imaging apparatus according to claim 2, wherein the imaging device calculates a photoelectric conversion characteristic setting value as a dynamic range control parameter corresponding to the calculated photoelectric conversion characteristic while calculating the characteristic.
前記露光量制御手段は、前記ダイナミックレンジ制御手段による光電変換特性設定値の算出後、露光量設定用の被写体輝度(Lt1)に対する撮像センサの出力レベルが前記線形特性領域において所定の目標出力レベル(Vtarget)となる光電変換特性を算出すると共に、当該算出した光電変換特性に対応する露光量制御パラメータとしての露光量設定値を算出することを特徴とする請求項3記載の撮像装置。 The dynamic range control means detects the photoelectric level at which the output level of the imaging sensor with respect to the subject luminance for dynamic range setting (Lm20) becomes a predetermined temporary saturation output level (Vmax1) temporarily set for dynamic range setting in the priority order. While calculating the conversion characteristics, to calculate a photoelectric conversion characteristic setting value as a dynamic range control parameter corresponding to the calculated photoelectric conversion characteristics,
After the photoelectric conversion characteristic setting value is calculated by the dynamic range control means, the exposure amount control unit is configured such that the output level of the image sensor with respect to the subject luminance (Lt1) for setting the exposure amount is a predetermined target output level ( 4. The imaging apparatus according to claim 3, wherein a photoelectric conversion characteristic to be Vtarget) is calculated, and an exposure amount setting value as an exposure amount control parameter corresponding to the calculated photoelectric conversion characteristic is calculated.
絞り装置をさらに備え、
前記露光量制御手段は、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量を制御する絞り制御手段及び/又は撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量を制御する露光時間制御手段を備え、
前記優先順位設定手段は、絞り制御手段による絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御手段による露光時間制御パラメータの算出を示す露光量制御パラメータの算出を優先させる優先順位を設定し、
前記露出制御手段は、それぞれ独立して露出制御可能に構成された絞り制御手段及び/又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段による露出制御において、前記優先順位設定手段により設定された優先順位に基づき、順に、前記絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出、前記ダイナミックレンジ制御パラメータの算出を行うことを特徴とする請求項2記載の撮像装置。 The imaging sensor is configured to be able to execute photoelectric conversion in the logarithmic characteristic region without depending on the exposure time,
Further comprising an aperture device,
The exposure amount control means controls the exposure amount based on an aperture setting value relating to the adjustment of the aperture opening area for the aperture device and / or the exposure amount based on the exposure time setting value relating to the adjustment of the exposure time for the image sensor. Exposure time control means for controlling
The priority order setting means sets a priority order for giving priority to calculation of an exposure amount control parameter indicating calculation of an aperture control parameter by the aperture control means and / or calculation of an exposure time control parameter by the exposure time control means,
In the exposure control by the aperture control means and / or the exposure time control means and the dynamic range control means configured to be able to control the exposure independently, the exposure control means has the priority set by the priority setting means. 3. The imaging apparatus according to claim 2, wherein calculation of the aperture control parameter and / or calculation of the exposure time control parameter and calculation of the dynamic range control parameter are sequentially performed based on the calculation.
絞り装置をさらに備え、
前記露光量制御手段は、絞り装置に対する絞り開口面積の調整に関する絞り設定値に基づいて露光量を制御する絞り制御手段及び/又は撮像センサに対する露光時間の調整に関する露光時間設定値に基づいて露光量を制御する露光時間制御手段を備え、
前記優先順位設定手段は、絞り制御手段による絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御手段による露光時間制御パラメータの算出を示す露光量制御パラメータの算出よりもダイナミックレンジ制御パラメータの算出を優先させる優先順位を設定し、
前記露出制御手段は、それぞれ独立して露出制御可能に構成された絞り制御手段及び/又は露光時間制御手段、並びにダイナミックレンジ制御手段による露出制御において、前記優先順位設定手段により設定された優先順位に基づき、順に、前記ダイナミックレンジ制御パラメータの算出、前記絞り制御パラメータの算出及び/又は露光時間制御パラメータの算出を行うことを特徴とする請求項3記載の撮像装置。 The imaging sensor is configured to be able to execute photoelectric conversion in the logarithmic characteristic region without depending on the exposure time,
Further comprising an aperture device,
The exposure amount control means controls the exposure amount based on an aperture setting value relating to the adjustment of the aperture opening area for the aperture device and / or the exposure amount based on the exposure time setting value relating to the adjustment of the exposure time for the image sensor. Exposure time control means for controlling
The priority order setting means gives priority to calculation of the dynamic range control parameter over calculation of the exposure amount control parameter indicating calculation of the aperture control parameter by the aperture control means and / or calculation of the exposure time control parameter by the exposure time control means. Set the ranking,
In the exposure control by the aperture control means and / or the exposure time control means and the dynamic range control means configured to be able to control the exposure independently, the exposure control means has the priority set by the priority setting means. 4. The imaging apparatus according to claim 3, wherein calculation of the dynamic range control parameter, calculation of the aperture control parameter, and / or calculation of an exposure time control parameter are sequentially performed based on the calculation.
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