デジタルカメラ
【課題】 本撮影時の露出制御やホワイトバランス制御を迅速に、精度良く行えるデジタルカメラを提供する。
【解決手段】 ライブビュー撮影時に被写体が暗い場合には、読出制御信号(ＶＤ)の周期Ｔｖより露光時間Ｔｅの方が長くなるため、ＣＣＤからは被写体に関する信号出力Ｓｐの他に、黒信号である空転送出力Ｓｑが出力される。この空転送出力Ｓｑは、温度によって変化する黒レベルを正確に反映しているため、空転送出力Ｓｑを利用し、本撮影時の制御情報であるＡＥ評価値およびＷＢ評価値を本撮影前に算出する。これにより、本撮影時の露出制御やホワイトバランス制御を迅速に、精度良く行えることとなる。
【解決手段】 ライブビュー撮影時に被写体が暗い場合には、読出制御信号(ＶＤ)の周期Ｔｖより露光時間Ｔｅの方が長くなるため、ＣＣＤからは被写体に関する信号出力Ｓｐの他に、黒信号である空転送出力Ｓｑが出力される。この空転送出力Ｓｑは、温度によって変化する黒レベルを正確に反映しているため、空転送出力Ｓｑを利用し、本撮影時の制御情報であるＡＥ評価値およびＷＢ評価値を本撮影前に算出する。これにより、本撮影時の露出制御やホワイトバランス制御を迅速に、精度良く行えることとなる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラに関し、特に増幅率が可変で、撮像手段からの電子信号を増幅する増幅手段を有するデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】デジタルカメラでは、本撮影前に被写体像を一定周期(例えば１/３０秒)で撮影し、液晶ディスプレイなどに表示することにより被写体を動画的な態様で視認できる機能(ライブビュー表示)が設けられるものが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のデジタルカメラにおいて、被写体が暗い場合に動画的な態様で表示するには、ＣＣＤ(固体撮像素子)から出力される画像信号を増幅する増幅回路のゲインを本撮影時に比べて高く設定する必要があるため、ＣＣＤからの信号に含まれるノイズ成分(黒レベル)も増幅されてしまう。
【０００４】図１６は、本撮影時とライブビュー時とでＳＮ比を比較するための図である。ここでは、一例として本撮影時の撮影条件を、ゲイン６ｄＢ(ＩＳＯ１００相当)、シャッタースピード１秒、ＦNo.２.８に設定し、ライブビュー時の撮影条件を、ゲイン３６ｄＢ(ＩＳＯ３２００相当)、シャッタースピード１/３２秒、ＦNo.２.８に設定している。また、本撮影時のＳ(信号量)をＸ、これに対するＮ(ノイズ量)をＸ/１００と仮定するとともに、シャッタースピードが速いライブビュー時のＳ(信号量)をＸ/３２、Ｎ(ノイズ量)を本撮影時と同一のＸ/１００としている。
【０００５】図１６(ａ)によれば、ゲイン６ｄＢに相当する数値２が信号量Ｓとノイズ量とに乗算されるため、これらを加算した値は２.０２Ｘとなり、このうちノイズ成分は、０．０２Ｘとなる。
【０００６】一方、図１６(ｂ)によれば、ゲイン３６ｄＢに相当する数値６４が、信号量Ｓとノイズ量とに乗算されるため、これらを加算した値は２.６４Ｘとなり、このうちノイズ成分は、０．６４Ｘとなる。
【０００７】上述のように、ＣＣＤで取得した画像信号に含まれるノイズ成分はライブビュー時に増加する。また、ノイズは温度上昇に伴い増加する特性を有するため、ＣＣＤで取得した画像信号において黒とすべき黒レベルも変動することとなる。したがって、画像信号に対して常に一定の黒レベルを用いて補正しても、温度条件の相違によって黒レベル補正が正確に施せないこととなる。
【０００８】また、本撮影時の制御を迅速に精度良く行うためには、露出制御で使用するＡＥ評価値や、ホワイトバランス制御で使用するＷＢ評価値を本撮影前のライブビュー時に正確に算出するのが好ましいが、上述した黒レベルの変動を考慮する必要がある。
【０００９】本発明は、本撮影時の露出制御やホワイトバランス制御を迅速に、精度良く行えるデジタルカメラを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、デジタルカメラであって、(a)受光レベルに応じた電子信号を出力する撮像手段と、(b)増幅率が可変で、前記電子信号を増幅する増幅手段と、(c)前記増幅手段を第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき、黒レベルと、測光に係る測定値とを取得する測定手段と、(d)前記増幅手段を第２増幅率に設定して生成される第２増幅信号に基づき、本撮影に係る画像データを生成する撮影制御手段と、(e)前記黒レベルに基づき前記測定値を補正して、前記本撮影の露出制御に係る制御情報を生成する生成手段とを備える。
【００１１】また、請求項２の発明は、デジタルカメラであって、(a)受光レベルに応じた電子信号を出力する撮像手段と、(b)増幅率が可変で、前記電子信号を増幅する増幅手段と、(c)前記増幅手段を第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき、黒レベルと、測色に係る測定値とを取得する測定手段と、(d)前記増幅手段を第２増幅率に設定して生成される第２増幅信号に基づき、本撮影に係る画像データを生成する撮影制御手段と、(e)前記黒レベルに基づき前記測定値を補正して、前記本撮影のホワイトバランス制御に係る制御情報を生成する生成手段とを備える。
【００１２】また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係るデジタルカメラにおいて、前記生成手段は、(e-1)所定範囲から外れる前記測定値または前記黒レベルを除外して、前記制御情報を生成する手段を有する。
【００１３】また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係るデジタルカメラにおいて、前記撮像手段は、(a-1)前記電子信号として、露光時間満了時には実信号を出力し、露光時間未了時には空信号を出力する手段、を有するとともに、前記測定手段は、(c-1)前記空信号に基づき、前記黒レベルを取得する手段を有する。
【００１４】また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係るデジタルカメラにおいて、前記空信号は、ライブビュー撮影時に出力される。
【００１５】
【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞＜デジタルカメラの要部構成＞図１、図２および図３は、本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラ１の要部構成を示す図であり、図１は正面図、図２は上面図、図３は背面図に相当する。これらの図は必ずしも三角図法に則っているものではなく、デジタルカメラ１の要部構成を概念的に例示することを主眼としている。
【００１６】図２に示すように、デジタルカメラ１は、撮影レンズであるマクロ機能付きレンズ群（以下、単に「レンズ」とも称する）３０を含む撮像部３を備えている。また、デジタルカメラ１は、ズーム機能を有しており、ズームリング３３を回転させることなどにより、撮影倍率の変更を行うことができる。さらに、デジタルカメラ１は、マクロ切替えレバー３４を備えており、マクロ撮影と通常撮影とを切り換えることができる。また、デジタルカメラ１の上面にはシャッターボタン９が設けられている。
【００１７】デジタルカメラ１の上面には、「撮影モード」と「再生モード」と「通信モード」とを切替設定するモード切替えダイアル１４が設けられている。撮影モードは、写真撮影を行なうモードであり、再生モードは、メモリカード８に記録された撮影画像データを背面ＬＣＤ１０に再生表示するモードである。また、通信モードは、デジタルカメラ１の側面に設けられるＵＳＢ端子２２６を介して、外部のパーソナルコンピュータ２２５などにデータ転送するモードである。デジタルカメラ１の上面には、データパネル３６がさらに設けられており、このデータパネル３６において各種モードの設定状態等が表示される。
【００１８】図３に示すように、デジタルカメラ１の背面左方には、撮影画像のライブビュー表示及び記録画像の再生表示等を行なうための液晶ディスプレイ（背面ＬＣＤ）１０と電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２０とが設けられている。この背面ＬＣＤ１０およびＥＶＦ２０では、カラーで画像表示が行われる。
【００１９】デジタルカメラ１の背面右方には、カーソルボタン(十字キー)Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒ、および実行ボタン３２を含むコントロールボタン３５が設けられており、このコントロールボタン３５を用いて各種操作が行われる。また、デジタルカメラ１の背面には、メニューボタン３７が設けられている。このメニューボタン３７が押下されることにより、各種のメニューが背面ＬＣＤ１０に表示される。
【００２０】また、デジタルカメラ１の背面には、ディスプレイ切換レバー３１とビデオ出力端子２２２とが設けられている。ディスプレイ切換レバー３１は、背面ＬＣＤ１０の表示とＥＶＦ２０の表示との切換等を行うレバーである。ビデオ出力端子２２２は、外部モニタ２２３と通信線を介して接続するための端子である。
【００２１】デジタルカメラ１の側面には、メモリカード８を挿入して装着できるメモリスロット８１が設けられている。
【００２２】＜デジタルカメラ１の機能ブロック＞図４は、デジタルカメラ１の機能ブロック図である。同図において、ＣＣＤ３０３は、撮像手段として機能し、２５６０×１９２０画素を有している。このＣＣＤ３０３は、レンズ群３０により結像された被写体の光像を、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の画像信号（各画素で受光された、受光レベルに応じた画素信号の信号列からなる電子信号）に光電変換して出力する。タイミングジェネレータ３１４は、ＣＣＤ３０３の駆動を制御するための各種のタイミングパルスを生成するものである。
【００２３】撮像部３における露出制御は、レンズ駆動部３０６によるレンズ群３０の絞りと、ＣＣＤ３０３の露光量、すなわち、シャッタスピードに相当するＣＣＤ３０３の電荷蓄積時間を調節して行なわれる。ここで、被写体輝度が低輝度時に適切なシャッタスピードが設定できない場合は、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号のレベル調整を行なうことにより露光不足による不適正露出が補正される。
【００２４】タイミングジェネレータ３１４は、全体制御部２１１から送信される基準クロック基づきＣＣＤ３０３の駆動制御信号を生成するものである。このタイミングジェネレータ３１４は、例えば積分開始／終了（露出開始／終了）のタイミング信号、各画素の受光信号の読出制御信号（水平同期信号，垂直同期信号，転送信号等）等のクロック信号を生成し、ＣＣＤ３０３に出力する。
【００２５】信号処理回路３１３は、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号（アナログ信号）に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理回路３１３は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路と、増幅手段として働くＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路とを有し、ＣＤＳ回路により画像信号のノイズ低減処理を行ない、ＡＧＣ回路でゲイン(増幅率)を変更することにより画像信号のレベル調整を行い増幅信号を生成する。
【００２６】Ａ／Ｄ変換器２０５は、画像信号の各画素信号を１２ビットのデジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換器２０５は、全体制御部２１１から入力されるＡ／Ｄ変換用のクロックに基づいて各画素信号（アナログ信号）を１２ビットのデジタル信号に変換する。
【００２７】黒レベル補正回路２０６は、Ａ／Ｄ変換された画素信号（以下、「画素データ」という。）の黒レベルを基準の黒レベルに補正する部位である。
【００２８】ＷＢ(ホワイトバランス)回路２０７は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の画素データのレベル変換を行なうものである。このＷＢ回路２０７は、全体制御部２１１で記憶されるレベル変換テーブルを用いてＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の画素データのレベルを変換する。なお、レベル変換テーブルの各色成分のパラメータ（特性の傾き）は全体制御部２１１により、撮影画像毎に設定される。γ補正回路２０８は、画素データの階調を補正するものである。
【００２９】画像メモリ２０９は、ＣＣＤ３０３で取得され、上記の画像処理が施された画像データを記憶するメモリである。画像メモリ２０９は、少なくとも１フレーム分の記憶容量を有している。すなわち、画像メモリ２０９は、ＣＣＤ３０３画素数に対応する２５６０×１９２０画素分の画素データの記憶容量を少なくとも有し、各画素データが対応する画素位置に記憶されるようになっている。
【００３０】ＥＶＦ／背面ＬＣＤ切替え部２３５は、ディスプレイ切替えレバー３１の設定に基づいて、背面ＬＣＤ１０とＥＶＦ２０との表示切替えを行う。
【００３１】デジタルカメラ１の撮影待機状態では、ＣＣＤ３０３により１／３０（秒）毎に撮像された画像の各画素信号がＡ／Ｄ変換器２０５〜γ補正回路２０８により所定の信号処理を施された後、全体制御部２１１を介してＥＶＦ／ＬＣＤ切替え部２３５に転送され、背面ＬＣＤ１０やＥＶＦ２０に表示される（ライブビュー表示）。これにより、ユーザはＣＣＤ３０３で撮像される被写体像を本撮影前に視認することができることとなる。また、再生モードにおいては、メモリカード８から読み出された画像が全体制御部２１１で所定の信号処理が施された後、ＥＶＦ／ＬＣＤ切替え部２３５に転送され、背面ＬＣＤ１０やＥＶＦ２０に再生表示される。
【００３２】カードＩ／Ｆ２１２は、メモリスロット８１に装着されるメモリカード８への画像データの書込み及び読出しを行なうためのインターフェースである。このメモリカード８への画像データの読み書きでは、圧縮・伸張部２３６において例えばＪＰＥＧ方式で画像の圧縮・伸張が行われる。
【００３３】また、ＵＳＢＩ／Ｆ２２４は、外部のパーソナルコンピュータ２２５と通信可能にするための、ＵＳＢ規格に準拠した通信用インターフェースである。これらのカードＩ／Ｆ２１２、ＵＳＢＩ／Ｆ２２４を介して、メモリカード８やパーソナルコンピュータ２２５にセットされるＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録されている制御プログラムを、全体制御部２１１のＲＯＭ２１１ｂ内に取り込むことができる。
【００３４】操作部２５０は、上述したシャッターボタン９、ディスプレイ切換レバー３１、コントロールボタン３５などの各種ボタン、レバーなどで構成されている。
【００３５】シャッターボタン９は、半押し状態（Ｓ１）と押し込まれた全押し状態（Ｓ２）とが検出可能な２段階スイッチになっている。待機状態でシャッターボタン９をＳ１状態にすると、ＡＦのためのレンズ駆動を開始し、画像のコントラストを評価しながら、コントラストがもっとも高くなるようにレンズを駆動し停止させる。一方、シャッターボタン９をＳ２状態にすると、本撮影が行われる。すなわち、ＣＣＤ３０３で取得され画像処理が施された画像データが圧縮・伸張部２３６でデータ圧縮されるとともに、そのサムネイル画像が全体制御部２１１で生成される。そして、生成された画像データとサムネイル画像データとが、カードＩ／Ｆ２１２を介してメモリカード８に記録される。
【００３６】外部モニタＩ／Ｆ２２１は、ＥＶＦ／ＬＣＤ切替え部２３５から転送される画像データを、例えばＮＴＳＣ方式に信号変換を行うインターフェースであり、ビデオ出力端子２２２を介して外部モニタ２２３に画像信号を送信する。
【００３７】全体制御部２１１は、マイクロコンピュータとして働くＣＰＵおよびＲＡＭ２１１ａを有するとともに、制御プログラムなどを格納するＲＯＭ２１１ｂとを有している。そして、全体制御部２１１は、上述したカメラの各部材の駆動を有機的に制御してデジタルカメラ１の動作を統括制御する。
【００３８】また、全体制御部２１１は、ＡＥ／ＷＢ評価値生成部２１１ｃを有している。このＡＥ／ＷＢ評価値生成部２１１ｃは、γ補正前の画像データ、つまりリニアな１２ビットのデジタル信号を取込み、後述のＡＥ評価値、ＷＢ評価値を生成する。
【００３９】＜ＣＣＤ３０３の出力について＞図５は、ＣＣＤ３０３の出力パターンを説明するための図である。本図は、横軸が時間軸のタイミングチャートを示しており、図５(ａ)、(ｂ)は、それぞれライブビュー撮影時におけるＣＣＤ３０３の読出制御信号(ＶＤ)、露光および出力(CCDout)のタイミングを表している。また、図５(ａ)は、ＣＣＤ３０３で空転送が生じる場合の一例を示したもので、図５(ｂ)は、空転送が生じない場合の一例を示したものである。
【００４０】図５(ａ)では、図５(ｂ)に比べて露光時間Ｔｅが長くなっているが、これは被写体が暗いために露光時間が長く必要となるためである。そして、露光時間ＴｅがＶＤの周期Ｔｖより長いため、ＣＣＤ３０３は、被写体の画像信号である露光時間満了時の信号出力(実信号)Ｓｐの他に、黒信号である露光時間未了時の空転送出力(空信号)Ｓｑを出力することとなる。なお、露光時間Ｔｅは、被写体の暗さに比例して長くなるため、被写体が非常に暗く露光時間ＴｅがＶＤの周期Ｔｖの２倍以上となる場合には、信号出力Ｓｐと信号出力Ｓｐとの間に２回以上のの空転送出力Ｓｑが発生する。
【００４１】以上ではＣＣＤ３０３の出力パターンについて説明したが、次にＣＣＤ３０３から出力される信号に関する黒レベルの特性について説明する。
【００４２】図６は、黒レベルの特性を説明するための図である。図６において、横軸は温度を示しており、縦軸は、画像において黒とされるべき黒レベルを示している。
【００４３】黒レベルの特性Ｃｖは、温度に無関係なオフセット成分Ｆｓと、温度の上昇に伴って指数関数的に増加するノイズ成分Ｆｔとが合成されたものとなっている。このように、ＣＣＤ３０３の出力はデジタルカメラ１の内部温度に応じて黒レベルが変化するため、特に低輝度シーンにおいて輝度レベルを高ゲインで増幅する場合にはＡＥ制御などに悪影響を及ぼし、結果として露出誤差が生じてしまう。そこで、黒レベルを正確に把握するとともに、この黒レベルに基づき露出制御やＷＢ制御に使用するＡＥ評価値やＷＢ評価値を精度良く取得するために、次で説明する動作がデジタルカメラ１で行われる。
【００４４】＜デジタルカメラ１の動作＞図７は、デジタルカメラ１の基本的な動作を説明するフローチャートである。この動作は、被写体が暗く図５(ａ)のように空転送出力Ｓｑが生じる場合を想定しており、ライブビュー撮影時(後述のステップＳＴ１〜ＳＴ５)における信号処理回路３１３の増幅率(第１増幅率)が、本撮影時(後述のステップＳＴ７)における増幅率(第２増幅率)より大きく設定される状況での動作となる。本動作は、全体制御部２１１で実行される。
【００４５】ステップＳＴ１では、ＣＣＤ３０３から出力される所定の信号に基づき、補正用黒レベルを演算する(後で詳述)。
【００４６】ステップＳＴ２では、ステップＳＴ１で求められた補正用黒レベルに基づき、ＡＥ評価値を算出する(後で詳述)。
【００４７】ステップＳＴ３では、ステップＳＴ１で求められた補正用黒レベルに基づき、ＷＢ評価値を算出する(後で詳述)。
【００４８】ステップＳＴ４では、以上の動作で算出されたＡＥ評価値などから、信号処理回路３１３の増幅率(AmpGain)や、ＣＣＤ３０３の露光時間(FrameRate)などの本撮影の制御で用いる設定値を取得する。
【００４９】ステップＳＴ５では、ライブビュー撮影での設定を行う。すなわち、上記のステップＳＴ４と同様に、ライブビュー時のAmpGainやFrameRateなどが設定される。
【００５０】ステップＳＴ６では、撮影者によって本撮影が指示されたかを判定する。具体的には、シャッターボタン８が全押し(Ｓ２)の状態になったかを判断する。ここで、本撮影が指示された場合には、ステップＳＴ７に進み、本撮影が指示されていない場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【００５１】ステップＳＴ７では、デジタルカメラ１で本撮影の処理、すなわちＣＣＤ３０３で被写体を撮像し、記録用の画像データを生成する。ここでは、ステップＳＴ２およびＳＴ３で算出されたＡＥ評価値とＷＢ評価値とをＡＥ制御などに反映できるため、本撮影の動作を迅速に、精度良く行えることとなる。
【００５２】図８は、上記のステップＳＴ１に対応する動作で、補正用黒レベルの算出動作を説明するフローチャートである。
【００５３】ステップＳＴ１１では、黒レベル補正回路２０６で、ＣＣＤ３０３から出力される空転送出力Ｓｑから、所定値(例えば１２８)を減算する。この空転送出力Ｓｑは、デジタルカメラ１の内部温度が反映された正確な黒レベルに対応している。
【００５４】ステップＳＴ１２では、ＷＢ回路２０７で、ステップＳ１１で所定値(１２８)が減算された画像データの各Ｒ、Ｇ、Ｂに、ホワイトバランスに係るゲインを乗算する。
【００５５】ステップＳＴ１３では、図９に示すように、画像データを縦横に５分割して２５のＡＥブロックＧｂに分け、各ＡＥブロックＧｂにおいて各画素の輝度レベルから黒ベルＮＤｍ,ｎ(ｍ＝０〜４、ｎ＝０〜４)を演算する。
【００５６】ステップＳＴ１４では、ステップＳＴ１３で演算された各ＡＥブロックＧｂの黒レベルＮＤｍ，ｎから平均値ＮＤａｖｅを算出する。ここでは、各ＡＥブロックＧｂについて重み係数を同一にして、画面全体を等価平均する。
【００５７】ステップＳＴ１５では、各ＡＥブロックＧｂの黒レベルＮＤｍ，ｎで異常値があるかを判定する。すなわち、所定範囲から外れる、例えば上記の平均値ＮＤａｖｅ＋６４より大きい黒レベルＮＤｍ，ｎを異常値と判断する。ここで、異常値がある場合には、ステップＳＴ１６に進み、異常値がない場合には、ステップＳＴ１７に進む。
【００５８】ステップＳＴ１６では、ステップＳＴ１５で異常値と判断されたＡＥブロックＧｂを除外し、それ以外のＡＥブロックＧｂで平均値ＮＤａｖｅを再演算する。これにより、異常なＡＥブロックを排除できるため、より正確に黒レベルの平均値ＮＤａｖｅを算出できることとなる。
【００５９】ステップＳＴ１７では、ゲイン比率ΔＧａ(本撮影時の増幅率／ライブビュー時の増幅率)を演算する。
【００６０】ステップＳＴ１８では、シャッタースピード比率(本撮影時のシャッタースピード／ライブビュー時のシャッタースピード)を演算する。これは、信号のノイズ成分、つまり黒レベルはシャッタースピードに比例して増加するので、本撮影時のシャッタースピードとライブビュー時のシャッタースピードとが異なる場合に、それを補正するための処理である。
【００６１】ステップＳＴ１９では、本撮影で使用する黒レベルＮＢを算出する。この黒レベルは、ＮＢ＝ΔＧａ×ΔＳＳ×ＮＤａｖｅ＋１２８で計算される。これにより、ライブビュー時に得られる黒レベルの平均値を、ゲインおよびシャッタースピードの異なる本撮影に対応させることが可能となる。
【００６２】図１０は、上記のステップＳＴ２に対応する動作で、ＡＥ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【００６３】ステップＳＴ２１では、上記のステップＳＴ１２と同様に、ＣＣＤ３０３の信号出力Ｓｐに対応する画像データの各Ｒ、Ｇ、Ｂにゲインを乗算する。
【００６４】ステップＳＴ２２では、測光に係る測定値に相当するＡＥブロック演算値を算出する。具体的には、図９に示す各ＡＥブロックＧｂの各画素に関して、例えば近接の輝度レベルが積算される演算が行われる。
【００６５】ステップＳＴ２３では、各ＡＥブロック演算値から、上記のステップＳＴ１４またはＳＴ１６で算出された黒レベルの平均値ＮＤａｖｅ＋１２８を減算する。すなわち、図１１(ａ)に示すようにＣＣＤ３０３の信号出力には、黒レベルの平均値ＮＤａｖｅ＋１２８に相当するオフセットＦｕが含まれているが、ステップＳＴ２３の減算処理により、図１１(ｂ)に示すようにオフセットＦｕが除去された適切な補正信号Ｓｇが得られることとなる。
【００６６】ステップＳＴ２４では、ステップＳＴ２３で黒レベルを補正された各ＡＥブロックＧｂ演算値に基づき、本撮影の露出制御に係る制御情報に相当するＡＥ評価値を算出する。このＡＥ評価値は、図１２に示すように、分割されたＡＥブロックＧｂを画面中央から３つのグループＲａ、Ｒｂ、Ｒｃに分け、各グループＲａ、Ｒｂ、ＲｃにおけるＡＥブロック演算値の平均値Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２を算出する。そして、次の式(１)のように、画面中央から順に３：２：１で重み付け平均されるＡＥ評価値ＥＤを求める。
【００６７】
【数１】
【００６８】このように求められたＡＥ評価値ＥＤを本撮影時の露出制御に反映できるため、迅速で精度の良い露出制御が可能となる。
【００６９】図１３は、上記のステップＳＴ３に対応する動作で、ＷＢ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。本動作は、上記のステップＳＴ２３で黒レベルの平均値ＮＤａｖｅ＋１２８が減算された各ＡＥブロックＧｂを利用するＷＢブロックに関する演算処理となる。
【００７０】ステップＳＴ３１では、測色に係る測定値に相当するＷＢブロック演算値を算出する。具体的には、２５のＷＢブロックにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂごとに各画素の輝度レベルが演算された演算値Ｒｍ,ｎ、Ｇｍ,ｎ、Ｂｍ,ｎ(ｍ＝０〜４、ｎ＝０〜４)が算出される。
【００７１】ステップＳＴ３２では、ステップＳＴ３１で算出された各演算値Ｒｍ,ｎ、Ｇｍ,ｎ、Ｂｍ,ｎに基づき、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎ、ＣＢｍ,ｎを各ＷＢブロックで算出する。具体的には、各ＷＢブロックごとに、次の式(２)〜(４)の演算が行われる。
【００７２】
【数２】
【００７３】ステップＳＴ３３では、ステップＳＴ３２で算出された各ＷＢブロックの比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎ、ＣＢｍ,ｎで異常値があるかを判定する。具体的には、所定範囲から外れる、例えば比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎまたはＣＢｍ,ｎが０．５より大きい場合(彩度が高い場合)には、この比率を異常値と判断する。ここで、異常値がある場合には、ステップＳＴ３４に進み、異常値がない場合には、ステップＳＴ３５に進む。
【００７４】ステップＳＴ３４では、ステップＳＴ３３で異常値と判断されたＷＢブロックにおけるＲ、Ｇ、Ｂの比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎ、ＣＢｍ,ｎに０を代入する。これは、各比率に０を代入することで、異常なＷＢブロックを次のステップＳＴ３５の演算において除外するためである。
【００７５】ステップＳＴ３５では、ステップＳＴ３２で演算された各ＷＢブロックのＲＧＢの比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎ、ＣＢｍ,ｎに基づき、本撮影のホワイトバランス制御に係る制御情報に相当するＷＢ評価値を算出する。具体的には、ＷＢ評価値ＲＷ、ＧＷおよびＢＷは、次の式(５)〜式(７)のように求められる。
【００７６】
【数３】
【００７７】このように求められたＷＢ評価値ＲＷ、ＧＷ、ＢＷを本撮影時のホワイトバランス制御に反映できるため、迅速で精度の良いＷＢ制御が可能となる。
【００７８】以上のデジタルカメラ１の動作により、本撮影前に温度に応じて変化する黒レベルを把握しＡＥ評価値およびＷＢ評価値を正確に算出するため、本撮影時の露出制御やホワイトバランス制御を迅速に、精度良く行える。
【００７９】＜第２実施形態＞本発明の第２実施形態に係るデジタルカメラ５は、第１実施形態のデジタルカメラ１と類似の構成を有しているが、全体制御部２１１の構成が異なっている。
【００８０】すなわち、デジタルカメラ５の全体制御部２１１は、以下で説明する動作を実行するためのプログラムが、ＲＯＭ２１１ｂに格納されている。
【００８１】デジタルカメラ５の基本的な動作は、図７のフローチャートに示す第１実施形態のデジタルカメラ１の動作と同様であるが、ステップＳＴ１およびステップＳＴ２の動作が異なっている。このステップＳＴ１、ＳＴ２の動作を以下で説明する。
【００８２】図１４は、上記のステップＳＴ１に対応する動作で、補正用黒レベルの算出動作を説明するフローチャートである。
【００８３】本フローチャートについては、図８に示すフローチャートのステップＳＴ１２の動作を削除したものとなっている。
【００８４】すなわち、ステップＳＴ４１では、図８のステップＳＴ１１と同様の動作を行い、ステップＳＴ４２〜ＳＴ４８では、図８のステップＳＴ１３〜ＳＴ１９の動作が行われる。
【００８５】図１５は、上記のステップＳＴ２に対応する動作で、ＡＥ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【００８６】本フローチャートについては、図１０のフローチャートに対して、各ステップの順番が異なっている。
【００８７】すなわち、ステップＳＴ５１およびＳＴ５２では、図１０のステップＳＴ２２およびＳＴ２３の動作を行い、ステップＳＴ５３では、図１０のステップＳＴ２１の動作が行われる。そして、ステップＳＴ５４では、図１０のステップＳＴ２４と同様の動作を行う。
【００８８】以上のデジタルカメラ５の動作のように、補正用黒レベルの算出動作においてＲＧＢのゲインを乗算せず、ＡＥ評価値の算出動作において補正用黒レベルを減算した後にＲＧＢのゲインを乗算する場合にも、デジタルカメラ１と同じＡＥ評価値が得られ、第１実施形態と同様の効果を奏することとなる。
【００８９】＜変形例＞◎上記の各実施形態におけるＡＥブロック、ＷＢブロックについては、画面を５×５の２５分割するのは必須でなく、６×８などｍ×ｎ(ｍ、ｎは自然数)に分割しても良い。
【００９０】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１および請求項３ないし請求項５の発明によれば、本撮影と異なる第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき黒レベルと測光に係る測定値とを取得し、この黒レベルに基づき測定値を補正して本撮影の露出制御に係る制御情報を生成するため、本撮影時の露出制御を迅速に、かつ精度良く行える。
【００９１】また、請求項２および請求項３ないし請求項５の発明によれば、本撮影と異なる第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき黒レベルと測色に係る測定値とを取得し、この黒レベルに基づき測定値を補正して本撮影のホワイトバランス制御に係る制御情報を生成するため、本撮影時のホワイトバランス制御を迅速に、かつ精度良く行える。
【００９２】また、請求項３の発明においては、所定範囲から外れる測定値または黒レベルを除外して、制御情報を生成するため、本撮影時の制御をより精度良く行える。
【００９３】また、請求項４の発明においては、空信号に基づき黒レベルを取得するため、温度に応じて変化する黒レベルを正確に取得できる。
【００９４】また、請求項５の発明においては、空信号がライブビュー撮影時に出力されるため、本撮影前に確実に本撮影時の制御情報を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラ１の要部構成を示す図である。
【図２】デジタルカメラ１の要部構成を示す図である。
【図３】デジタルカメラ１の要部構成を示す図である。
【図４】デジタルカメラ１の機能ブロック図である。
【図５】ＣＣＤ３０３の出力パターンを説明するための図である。
【図６】黒レベルの特性を説明するための図である。
【図７】デジタルカメラ１の基本的な動作を説明するフローチャートである。
【図８】補正用黒レベルの算出動作を説明するフローチャートである。
【図９】各ＡＥブロックでの黒レベル算出を説明するための図である。
【図１０】ＡＥ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【図１１】各ＡＥブロック演算値から黒レベルが減算される概念を説明するための図である。
【図１２】ＡＥ評価値の算出を説明するための図である。
【図１３】ＷＢ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の第２実施形態に係るデジタルカメラ５における補正用黒レベルの算出動作を説明するフローチャートである。
【図１５】ＡＥ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【図１６】本撮影時とライブビュー時とでＳＮ比を比較するための図である。
【符号の説明】
１、５ デジタルカメラ
２０６ 黒レベル補正回路
２０７ ＷＢ(ホワイトバランス)回路
２２１ 全体制御部
２２１ｃ ＡＥ／ＷＢ評価値生成部
Ｆｕ オフセット(黒レベル)
Ｇｂ ＡＥブロック
Ｓｐ 信号出力
Ｓｑ 空転送出力
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラに関し、特に増幅率が可変で、撮像手段からの電子信号を増幅する増幅手段を有するデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】デジタルカメラでは、本撮影前に被写体像を一定周期(例えば１/３０秒)で撮影し、液晶ディスプレイなどに表示することにより被写体を動画的な態様で視認できる機能(ライブビュー表示)が設けられるものが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のデジタルカメラにおいて、被写体が暗い場合に動画的な態様で表示するには、ＣＣＤ(固体撮像素子)から出力される画像信号を増幅する増幅回路のゲインを本撮影時に比べて高く設定する必要があるため、ＣＣＤからの信号に含まれるノイズ成分(黒レベル)も増幅されてしまう。
【０００４】図１６は、本撮影時とライブビュー時とでＳＮ比を比較するための図である。ここでは、一例として本撮影時の撮影条件を、ゲイン６ｄＢ(ＩＳＯ１００相当)、シャッタースピード１秒、ＦNo.２.８に設定し、ライブビュー時の撮影条件を、ゲイン３６ｄＢ(ＩＳＯ３２００相当)、シャッタースピード１/３２秒、ＦNo.２.８に設定している。また、本撮影時のＳ(信号量)をＸ、これに対するＮ(ノイズ量)をＸ/１００と仮定するとともに、シャッタースピードが速いライブビュー時のＳ(信号量)をＸ/３２、Ｎ(ノイズ量)を本撮影時と同一のＸ/１００としている。
【０００５】図１６(ａ)によれば、ゲイン６ｄＢに相当する数値２が信号量Ｓとノイズ量とに乗算されるため、これらを加算した値は２.０２Ｘとなり、このうちノイズ成分は、０．０２Ｘとなる。
【０００６】一方、図１６(ｂ)によれば、ゲイン３６ｄＢに相当する数値６４が、信号量Ｓとノイズ量とに乗算されるため、これらを加算した値は２.６４Ｘとなり、このうちノイズ成分は、０．６４Ｘとなる。
【０００７】上述のように、ＣＣＤで取得した画像信号に含まれるノイズ成分はライブビュー時に増加する。また、ノイズは温度上昇に伴い増加する特性を有するため、ＣＣＤで取得した画像信号において黒とすべき黒レベルも変動することとなる。したがって、画像信号に対して常に一定の黒レベルを用いて補正しても、温度条件の相違によって黒レベル補正が正確に施せないこととなる。
【０００８】また、本撮影時の制御を迅速に精度良く行うためには、露出制御で使用するＡＥ評価値や、ホワイトバランス制御で使用するＷＢ評価値を本撮影前のライブビュー時に正確に算出するのが好ましいが、上述した黒レベルの変動を考慮する必要がある。
【０００９】本発明は、本撮影時の露出制御やホワイトバランス制御を迅速に、精度良く行えるデジタルカメラを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、デジタルカメラであって、(a)受光レベルに応じた電子信号を出力する撮像手段と、(b)増幅率が可変で、前記電子信号を増幅する増幅手段と、(c)前記増幅手段を第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき、黒レベルと、測光に係る測定値とを取得する測定手段と、(d)前記増幅手段を第２増幅率に設定して生成される第２増幅信号に基づき、本撮影に係る画像データを生成する撮影制御手段と、(e)前記黒レベルに基づき前記測定値を補正して、前記本撮影の露出制御に係る制御情報を生成する生成手段とを備える。
【００１１】また、請求項２の発明は、デジタルカメラであって、(a)受光レベルに応じた電子信号を出力する撮像手段と、(b)増幅率が可変で、前記電子信号を増幅する増幅手段と、(c)前記増幅手段を第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき、黒レベルと、測色に係る測定値とを取得する測定手段と、(d)前記増幅手段を第２増幅率に設定して生成される第２増幅信号に基づき、本撮影に係る画像データを生成する撮影制御手段と、(e)前記黒レベルに基づき前記測定値を補正して、前記本撮影のホワイトバランス制御に係る制御情報を生成する生成手段とを備える。
【００１２】また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係るデジタルカメラにおいて、前記生成手段は、(e-1)所定範囲から外れる前記測定値または前記黒レベルを除外して、前記制御情報を生成する手段を有する。
【００１３】また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係るデジタルカメラにおいて、前記撮像手段は、(a-1)前記電子信号として、露光時間満了時には実信号を出力し、露光時間未了時には空信号を出力する手段、を有するとともに、前記測定手段は、(c-1)前記空信号に基づき、前記黒レベルを取得する手段を有する。
【００１４】また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係るデジタルカメラにおいて、前記空信号は、ライブビュー撮影時に出力される。
【００１５】
【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞＜デジタルカメラの要部構成＞図１、図２および図３は、本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラ１の要部構成を示す図であり、図１は正面図、図２は上面図、図３は背面図に相当する。これらの図は必ずしも三角図法に則っているものではなく、デジタルカメラ１の要部構成を概念的に例示することを主眼としている。
【００１６】図２に示すように、デジタルカメラ１は、撮影レンズであるマクロ機能付きレンズ群（以下、単に「レンズ」とも称する）３０を含む撮像部３を備えている。また、デジタルカメラ１は、ズーム機能を有しており、ズームリング３３を回転させることなどにより、撮影倍率の変更を行うことができる。さらに、デジタルカメラ１は、マクロ切替えレバー３４を備えており、マクロ撮影と通常撮影とを切り換えることができる。また、デジタルカメラ１の上面にはシャッターボタン９が設けられている。
【００１７】デジタルカメラ１の上面には、「撮影モード」と「再生モード」と「通信モード」とを切替設定するモード切替えダイアル１４が設けられている。撮影モードは、写真撮影を行なうモードであり、再生モードは、メモリカード８に記録された撮影画像データを背面ＬＣＤ１０に再生表示するモードである。また、通信モードは、デジタルカメラ１の側面に設けられるＵＳＢ端子２２６を介して、外部のパーソナルコンピュータ２２５などにデータ転送するモードである。デジタルカメラ１の上面には、データパネル３６がさらに設けられており、このデータパネル３６において各種モードの設定状態等が表示される。
【００１８】図３に示すように、デジタルカメラ１の背面左方には、撮影画像のライブビュー表示及び記録画像の再生表示等を行なうための液晶ディスプレイ（背面ＬＣＤ）１０と電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２０とが設けられている。この背面ＬＣＤ１０およびＥＶＦ２０では、カラーで画像表示が行われる。
【００１９】デジタルカメラ１の背面右方には、カーソルボタン(十字キー)Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒ、および実行ボタン３２を含むコントロールボタン３５が設けられており、このコントロールボタン３５を用いて各種操作が行われる。また、デジタルカメラ１の背面には、メニューボタン３７が設けられている。このメニューボタン３７が押下されることにより、各種のメニューが背面ＬＣＤ１０に表示される。
【００２０】また、デジタルカメラ１の背面には、ディスプレイ切換レバー３１とビデオ出力端子２２２とが設けられている。ディスプレイ切換レバー３１は、背面ＬＣＤ１０の表示とＥＶＦ２０の表示との切換等を行うレバーである。ビデオ出力端子２２２は、外部モニタ２２３と通信線を介して接続するための端子である。
【００２１】デジタルカメラ１の側面には、メモリカード８を挿入して装着できるメモリスロット８１が設けられている。
【００２２】＜デジタルカメラ１の機能ブロック＞図４は、デジタルカメラ１の機能ブロック図である。同図において、ＣＣＤ３０３は、撮像手段として機能し、２５６０×１９２０画素を有している。このＣＣＤ３０３は、レンズ群３０により結像された被写体の光像を、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の画像信号（各画素で受光された、受光レベルに応じた画素信号の信号列からなる電子信号）に光電変換して出力する。タイミングジェネレータ３１４は、ＣＣＤ３０３の駆動を制御するための各種のタイミングパルスを生成するものである。
【００２３】撮像部３における露出制御は、レンズ駆動部３０６によるレンズ群３０の絞りと、ＣＣＤ３０３の露光量、すなわち、シャッタスピードに相当するＣＣＤ３０３の電荷蓄積時間を調節して行なわれる。ここで、被写体輝度が低輝度時に適切なシャッタスピードが設定できない場合は、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号のレベル調整を行なうことにより露光不足による不適正露出が補正される。
【００２４】タイミングジェネレータ３１４は、全体制御部２１１から送信される基準クロック基づきＣＣＤ３０３の駆動制御信号を生成するものである。このタイミングジェネレータ３１４は、例えば積分開始／終了（露出開始／終了）のタイミング信号、各画素の受光信号の読出制御信号（水平同期信号，垂直同期信号，転送信号等）等のクロック信号を生成し、ＣＣＤ３０３に出力する。
【００２５】信号処理回路３１３は、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号（アナログ信号）に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理回路３１３は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路と、増幅手段として働くＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路とを有し、ＣＤＳ回路により画像信号のノイズ低減処理を行ない、ＡＧＣ回路でゲイン(増幅率)を変更することにより画像信号のレベル調整を行い増幅信号を生成する。
【００２６】Ａ／Ｄ変換器２０５は、画像信号の各画素信号を１２ビットのデジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換器２０５は、全体制御部２１１から入力されるＡ／Ｄ変換用のクロックに基づいて各画素信号（アナログ信号）を１２ビットのデジタル信号に変換する。
【００２７】黒レベル補正回路２０６は、Ａ／Ｄ変換された画素信号（以下、「画素データ」という。）の黒レベルを基準の黒レベルに補正する部位である。
【００２８】ＷＢ(ホワイトバランス)回路２０７は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の画素データのレベル変換を行なうものである。このＷＢ回路２０７は、全体制御部２１１で記憶されるレベル変換テーブルを用いてＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の画素データのレベルを変換する。なお、レベル変換テーブルの各色成分のパラメータ（特性の傾き）は全体制御部２１１により、撮影画像毎に設定される。γ補正回路２０８は、画素データの階調を補正するものである。
【００２９】画像メモリ２０９は、ＣＣＤ３０３で取得され、上記の画像処理が施された画像データを記憶するメモリである。画像メモリ２０９は、少なくとも１フレーム分の記憶容量を有している。すなわち、画像メモリ２０９は、ＣＣＤ３０３画素数に対応する２５６０×１９２０画素分の画素データの記憶容量を少なくとも有し、各画素データが対応する画素位置に記憶されるようになっている。
【００３０】ＥＶＦ／背面ＬＣＤ切替え部２３５は、ディスプレイ切替えレバー３１の設定に基づいて、背面ＬＣＤ１０とＥＶＦ２０との表示切替えを行う。
【００３１】デジタルカメラ１の撮影待機状態では、ＣＣＤ３０３により１／３０（秒）毎に撮像された画像の各画素信号がＡ／Ｄ変換器２０５〜γ補正回路２０８により所定の信号処理を施された後、全体制御部２１１を介してＥＶＦ／ＬＣＤ切替え部２３５に転送され、背面ＬＣＤ１０やＥＶＦ２０に表示される（ライブビュー表示）。これにより、ユーザはＣＣＤ３０３で撮像される被写体像を本撮影前に視認することができることとなる。また、再生モードにおいては、メモリカード８から読み出された画像が全体制御部２１１で所定の信号処理が施された後、ＥＶＦ／ＬＣＤ切替え部２３５に転送され、背面ＬＣＤ１０やＥＶＦ２０に再生表示される。
【００３２】カードＩ／Ｆ２１２は、メモリスロット８１に装着されるメモリカード８への画像データの書込み及び読出しを行なうためのインターフェースである。このメモリカード８への画像データの読み書きでは、圧縮・伸張部２３６において例えばＪＰＥＧ方式で画像の圧縮・伸張が行われる。
【００３３】また、ＵＳＢＩ／Ｆ２２４は、外部のパーソナルコンピュータ２２５と通信可能にするための、ＵＳＢ規格に準拠した通信用インターフェースである。これらのカードＩ／Ｆ２１２、ＵＳＢＩ／Ｆ２２４を介して、メモリカード８やパーソナルコンピュータ２２５にセットされるＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録されている制御プログラムを、全体制御部２１１のＲＯＭ２１１ｂ内に取り込むことができる。
【００３４】操作部２５０は、上述したシャッターボタン９、ディスプレイ切換レバー３１、コントロールボタン３５などの各種ボタン、レバーなどで構成されている。
【００３５】シャッターボタン９は、半押し状態（Ｓ１）と押し込まれた全押し状態（Ｓ２）とが検出可能な２段階スイッチになっている。待機状態でシャッターボタン９をＳ１状態にすると、ＡＦのためのレンズ駆動を開始し、画像のコントラストを評価しながら、コントラストがもっとも高くなるようにレンズを駆動し停止させる。一方、シャッターボタン９をＳ２状態にすると、本撮影が行われる。すなわち、ＣＣＤ３０３で取得され画像処理が施された画像データが圧縮・伸張部２３６でデータ圧縮されるとともに、そのサムネイル画像が全体制御部２１１で生成される。そして、生成された画像データとサムネイル画像データとが、カードＩ／Ｆ２１２を介してメモリカード８に記録される。
【００３６】外部モニタＩ／Ｆ２２１は、ＥＶＦ／ＬＣＤ切替え部２３５から転送される画像データを、例えばＮＴＳＣ方式に信号変換を行うインターフェースであり、ビデオ出力端子２２２を介して外部モニタ２２３に画像信号を送信する。
【００３７】全体制御部２１１は、マイクロコンピュータとして働くＣＰＵおよびＲＡＭ２１１ａを有するとともに、制御プログラムなどを格納するＲＯＭ２１１ｂとを有している。そして、全体制御部２１１は、上述したカメラの各部材の駆動を有機的に制御してデジタルカメラ１の動作を統括制御する。
【００３８】また、全体制御部２１１は、ＡＥ／ＷＢ評価値生成部２１１ｃを有している。このＡＥ／ＷＢ評価値生成部２１１ｃは、γ補正前の画像データ、つまりリニアな１２ビットのデジタル信号を取込み、後述のＡＥ評価値、ＷＢ評価値を生成する。
【００３９】＜ＣＣＤ３０３の出力について＞図５は、ＣＣＤ３０３の出力パターンを説明するための図である。本図は、横軸が時間軸のタイミングチャートを示しており、図５(ａ)、(ｂ)は、それぞれライブビュー撮影時におけるＣＣＤ３０３の読出制御信号(ＶＤ)、露光および出力(CCDout)のタイミングを表している。また、図５(ａ)は、ＣＣＤ３０３で空転送が生じる場合の一例を示したもので、図５(ｂ)は、空転送が生じない場合の一例を示したものである。
【００４０】図５(ａ)では、図５(ｂ)に比べて露光時間Ｔｅが長くなっているが、これは被写体が暗いために露光時間が長く必要となるためである。そして、露光時間ＴｅがＶＤの周期Ｔｖより長いため、ＣＣＤ３０３は、被写体の画像信号である露光時間満了時の信号出力(実信号)Ｓｐの他に、黒信号である露光時間未了時の空転送出力(空信号)Ｓｑを出力することとなる。なお、露光時間Ｔｅは、被写体の暗さに比例して長くなるため、被写体が非常に暗く露光時間ＴｅがＶＤの周期Ｔｖの２倍以上となる場合には、信号出力Ｓｐと信号出力Ｓｐとの間に２回以上のの空転送出力Ｓｑが発生する。
【００４１】以上ではＣＣＤ３０３の出力パターンについて説明したが、次にＣＣＤ３０３から出力される信号に関する黒レベルの特性について説明する。
【００４２】図６は、黒レベルの特性を説明するための図である。図６において、横軸は温度を示しており、縦軸は、画像において黒とされるべき黒レベルを示している。
【００４３】黒レベルの特性Ｃｖは、温度に無関係なオフセット成分Ｆｓと、温度の上昇に伴って指数関数的に増加するノイズ成分Ｆｔとが合成されたものとなっている。このように、ＣＣＤ３０３の出力はデジタルカメラ１の内部温度に応じて黒レベルが変化するため、特に低輝度シーンにおいて輝度レベルを高ゲインで増幅する場合にはＡＥ制御などに悪影響を及ぼし、結果として露出誤差が生じてしまう。そこで、黒レベルを正確に把握するとともに、この黒レベルに基づき露出制御やＷＢ制御に使用するＡＥ評価値やＷＢ評価値を精度良く取得するために、次で説明する動作がデジタルカメラ１で行われる。
【００４４】＜デジタルカメラ１の動作＞図７は、デジタルカメラ１の基本的な動作を説明するフローチャートである。この動作は、被写体が暗く図５(ａ)のように空転送出力Ｓｑが生じる場合を想定しており、ライブビュー撮影時(後述のステップＳＴ１〜ＳＴ５)における信号処理回路３１３の増幅率(第１増幅率)が、本撮影時(後述のステップＳＴ７)における増幅率(第２増幅率)より大きく設定される状況での動作となる。本動作は、全体制御部２１１で実行される。
【００４５】ステップＳＴ１では、ＣＣＤ３０３から出力される所定の信号に基づき、補正用黒レベルを演算する(後で詳述)。
【００４６】ステップＳＴ２では、ステップＳＴ１で求められた補正用黒レベルに基づき、ＡＥ評価値を算出する(後で詳述)。
【００４７】ステップＳＴ３では、ステップＳＴ１で求められた補正用黒レベルに基づき、ＷＢ評価値を算出する(後で詳述)。
【００４８】ステップＳＴ４では、以上の動作で算出されたＡＥ評価値などから、信号処理回路３１３の増幅率(AmpGain)や、ＣＣＤ３０３の露光時間(FrameRate)などの本撮影の制御で用いる設定値を取得する。
【００４９】ステップＳＴ５では、ライブビュー撮影での設定を行う。すなわち、上記のステップＳＴ４と同様に、ライブビュー時のAmpGainやFrameRateなどが設定される。
【００５０】ステップＳＴ６では、撮影者によって本撮影が指示されたかを判定する。具体的には、シャッターボタン８が全押し(Ｓ２)の状態になったかを判断する。ここで、本撮影が指示された場合には、ステップＳＴ７に進み、本撮影が指示されていない場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【００５１】ステップＳＴ７では、デジタルカメラ１で本撮影の処理、すなわちＣＣＤ３０３で被写体を撮像し、記録用の画像データを生成する。ここでは、ステップＳＴ２およびＳＴ３で算出されたＡＥ評価値とＷＢ評価値とをＡＥ制御などに反映できるため、本撮影の動作を迅速に、精度良く行えることとなる。
【００５２】図８は、上記のステップＳＴ１に対応する動作で、補正用黒レベルの算出動作を説明するフローチャートである。
【００５３】ステップＳＴ１１では、黒レベル補正回路２０６で、ＣＣＤ３０３から出力される空転送出力Ｓｑから、所定値(例えば１２８)を減算する。この空転送出力Ｓｑは、デジタルカメラ１の内部温度が反映された正確な黒レベルに対応している。
【００５４】ステップＳＴ１２では、ＷＢ回路２０７で、ステップＳ１１で所定値(１２８)が減算された画像データの各Ｒ、Ｇ、Ｂに、ホワイトバランスに係るゲインを乗算する。
【００５５】ステップＳＴ１３では、図９に示すように、画像データを縦横に５分割して２５のＡＥブロックＧｂに分け、各ＡＥブロックＧｂにおいて各画素の輝度レベルから黒ベルＮＤｍ,ｎ(ｍ＝０〜４、ｎ＝０〜４)を演算する。
【００５６】ステップＳＴ１４では、ステップＳＴ１３で演算された各ＡＥブロックＧｂの黒レベルＮＤｍ，ｎから平均値ＮＤａｖｅを算出する。ここでは、各ＡＥブロックＧｂについて重み係数を同一にして、画面全体を等価平均する。
【００５７】ステップＳＴ１５では、各ＡＥブロックＧｂの黒レベルＮＤｍ，ｎで異常値があるかを判定する。すなわち、所定範囲から外れる、例えば上記の平均値ＮＤａｖｅ＋６４より大きい黒レベルＮＤｍ，ｎを異常値と判断する。ここで、異常値がある場合には、ステップＳＴ１６に進み、異常値がない場合には、ステップＳＴ１７に進む。
【００５８】ステップＳＴ１６では、ステップＳＴ１５で異常値と判断されたＡＥブロックＧｂを除外し、それ以外のＡＥブロックＧｂで平均値ＮＤａｖｅを再演算する。これにより、異常なＡＥブロックを排除できるため、より正確に黒レベルの平均値ＮＤａｖｅを算出できることとなる。
【００５９】ステップＳＴ１７では、ゲイン比率ΔＧａ(本撮影時の増幅率／ライブビュー時の増幅率)を演算する。
【００６０】ステップＳＴ１８では、シャッタースピード比率(本撮影時のシャッタースピード／ライブビュー時のシャッタースピード)を演算する。これは、信号のノイズ成分、つまり黒レベルはシャッタースピードに比例して増加するので、本撮影時のシャッタースピードとライブビュー時のシャッタースピードとが異なる場合に、それを補正するための処理である。
【００６１】ステップＳＴ１９では、本撮影で使用する黒レベルＮＢを算出する。この黒レベルは、ＮＢ＝ΔＧａ×ΔＳＳ×ＮＤａｖｅ＋１２８で計算される。これにより、ライブビュー時に得られる黒レベルの平均値を、ゲインおよびシャッタースピードの異なる本撮影に対応させることが可能となる。
【００６２】図１０は、上記のステップＳＴ２に対応する動作で、ＡＥ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【００６３】ステップＳＴ２１では、上記のステップＳＴ１２と同様に、ＣＣＤ３０３の信号出力Ｓｐに対応する画像データの各Ｒ、Ｇ、Ｂにゲインを乗算する。
【００６４】ステップＳＴ２２では、測光に係る測定値に相当するＡＥブロック演算値を算出する。具体的には、図９に示す各ＡＥブロックＧｂの各画素に関して、例えば近接の輝度レベルが積算される演算が行われる。
【００６５】ステップＳＴ２３では、各ＡＥブロック演算値から、上記のステップＳＴ１４またはＳＴ１６で算出された黒レベルの平均値ＮＤａｖｅ＋１２８を減算する。すなわち、図１１(ａ)に示すようにＣＣＤ３０３の信号出力には、黒レベルの平均値ＮＤａｖｅ＋１２８に相当するオフセットＦｕが含まれているが、ステップＳＴ２３の減算処理により、図１１(ｂ)に示すようにオフセットＦｕが除去された適切な補正信号Ｓｇが得られることとなる。
【００６６】ステップＳＴ２４では、ステップＳＴ２３で黒レベルを補正された各ＡＥブロックＧｂ演算値に基づき、本撮影の露出制御に係る制御情報に相当するＡＥ評価値を算出する。このＡＥ評価値は、図１２に示すように、分割されたＡＥブロックＧｂを画面中央から３つのグループＲａ、Ｒｂ、Ｒｃに分け、各グループＲａ、Ｒｂ、ＲｃにおけるＡＥブロック演算値の平均値Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２を算出する。そして、次の式(１)のように、画面中央から順に３：２：１で重み付け平均されるＡＥ評価値ＥＤを求める。
【００６７】
【数１】
【００６８】このように求められたＡＥ評価値ＥＤを本撮影時の露出制御に反映できるため、迅速で精度の良い露出制御が可能となる。
【００６９】図１３は、上記のステップＳＴ３に対応する動作で、ＷＢ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。本動作は、上記のステップＳＴ２３で黒レベルの平均値ＮＤａｖｅ＋１２８が減算された各ＡＥブロックＧｂを利用するＷＢブロックに関する演算処理となる。
【００７０】ステップＳＴ３１では、測色に係る測定値に相当するＷＢブロック演算値を算出する。具体的には、２５のＷＢブロックにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂごとに各画素の輝度レベルが演算された演算値Ｒｍ,ｎ、Ｇｍ,ｎ、Ｂｍ,ｎ(ｍ＝０〜４、ｎ＝０〜４)が算出される。
【００７１】ステップＳＴ３２では、ステップＳＴ３１で算出された各演算値Ｒｍ,ｎ、Ｇｍ,ｎ、Ｂｍ,ｎに基づき、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎ、ＣＢｍ,ｎを各ＷＢブロックで算出する。具体的には、各ＷＢブロックごとに、次の式(２)〜(４)の演算が行われる。
【００７２】
【数２】
【００７３】ステップＳＴ３３では、ステップＳＴ３２で算出された各ＷＢブロックの比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎ、ＣＢｍ,ｎで異常値があるかを判定する。具体的には、所定範囲から外れる、例えば比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎまたはＣＢｍ,ｎが０．５より大きい場合(彩度が高い場合)には、この比率を異常値と判断する。ここで、異常値がある場合には、ステップＳＴ３４に進み、異常値がない場合には、ステップＳＴ３５に進む。
【００７４】ステップＳＴ３４では、ステップＳＴ３３で異常値と判断されたＷＢブロックにおけるＲ、Ｇ、Ｂの比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎ、ＣＢｍ,ｎに０を代入する。これは、各比率に０を代入することで、異常なＷＢブロックを次のステップＳＴ３５の演算において除外するためである。
【００７５】ステップＳＴ３５では、ステップＳＴ３２で演算された各ＷＢブロックのＲＧＢの比率ＣＲｍ,ｎ、ＣＧｍ,ｎ、ＣＢｍ,ｎに基づき、本撮影のホワイトバランス制御に係る制御情報に相当するＷＢ評価値を算出する。具体的には、ＷＢ評価値ＲＷ、ＧＷおよびＢＷは、次の式(５)〜式(７)のように求められる。
【００７６】
【数３】
【００７７】このように求められたＷＢ評価値ＲＷ、ＧＷ、ＢＷを本撮影時のホワイトバランス制御に反映できるため、迅速で精度の良いＷＢ制御が可能となる。
【００７８】以上のデジタルカメラ１の動作により、本撮影前に温度に応じて変化する黒レベルを把握しＡＥ評価値およびＷＢ評価値を正確に算出するため、本撮影時の露出制御やホワイトバランス制御を迅速に、精度良く行える。
【００７９】＜第２実施形態＞本発明の第２実施形態に係るデジタルカメラ５は、第１実施形態のデジタルカメラ１と類似の構成を有しているが、全体制御部２１１の構成が異なっている。
【００８０】すなわち、デジタルカメラ５の全体制御部２１１は、以下で説明する動作を実行するためのプログラムが、ＲＯＭ２１１ｂに格納されている。
【００８１】デジタルカメラ５の基本的な動作は、図７のフローチャートに示す第１実施形態のデジタルカメラ１の動作と同様であるが、ステップＳＴ１およびステップＳＴ２の動作が異なっている。このステップＳＴ１、ＳＴ２の動作を以下で説明する。
【００８２】図１４は、上記のステップＳＴ１に対応する動作で、補正用黒レベルの算出動作を説明するフローチャートである。
【００８３】本フローチャートについては、図８に示すフローチャートのステップＳＴ１２の動作を削除したものとなっている。
【００８４】すなわち、ステップＳＴ４１では、図８のステップＳＴ１１と同様の動作を行い、ステップＳＴ４２〜ＳＴ４８では、図８のステップＳＴ１３〜ＳＴ１９の動作が行われる。
【００８５】図１５は、上記のステップＳＴ２に対応する動作で、ＡＥ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【００８６】本フローチャートについては、図１０のフローチャートに対して、各ステップの順番が異なっている。
【００８７】すなわち、ステップＳＴ５１およびＳＴ５２では、図１０のステップＳＴ２２およびＳＴ２３の動作を行い、ステップＳＴ５３では、図１０のステップＳＴ２１の動作が行われる。そして、ステップＳＴ５４では、図１０のステップＳＴ２４と同様の動作を行う。
【００８８】以上のデジタルカメラ５の動作のように、補正用黒レベルの算出動作においてＲＧＢのゲインを乗算せず、ＡＥ評価値の算出動作において補正用黒レベルを減算した後にＲＧＢのゲインを乗算する場合にも、デジタルカメラ１と同じＡＥ評価値が得られ、第１実施形態と同様の効果を奏することとなる。
【００８９】＜変形例＞◎上記の各実施形態におけるＡＥブロック、ＷＢブロックについては、画面を５×５の２５分割するのは必須でなく、６×８などｍ×ｎ(ｍ、ｎは自然数)に分割しても良い。
【００９０】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１および請求項３ないし請求項５の発明によれば、本撮影と異なる第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき黒レベルと測光に係る測定値とを取得し、この黒レベルに基づき測定値を補正して本撮影の露出制御に係る制御情報を生成するため、本撮影時の露出制御を迅速に、かつ精度良く行える。
【００９１】また、請求項２および請求項３ないし請求項５の発明によれば、本撮影と異なる第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき黒レベルと測色に係る測定値とを取得し、この黒レベルに基づき測定値を補正して本撮影のホワイトバランス制御に係る制御情報を生成するため、本撮影時のホワイトバランス制御を迅速に、かつ精度良く行える。
【００９２】また、請求項３の発明においては、所定範囲から外れる測定値または黒レベルを除外して、制御情報を生成するため、本撮影時の制御をより精度良く行える。
【００９３】また、請求項４の発明においては、空信号に基づき黒レベルを取得するため、温度に応じて変化する黒レベルを正確に取得できる。
【００９４】また、請求項５の発明においては、空信号がライブビュー撮影時に出力されるため、本撮影前に確実に本撮影時の制御情報を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラ１の要部構成を示す図である。
【図２】デジタルカメラ１の要部構成を示す図である。
【図３】デジタルカメラ１の要部構成を示す図である。
【図４】デジタルカメラ１の機能ブロック図である。
【図５】ＣＣＤ３０３の出力パターンを説明するための図である。
【図６】黒レベルの特性を説明するための図である。
【図７】デジタルカメラ１の基本的な動作を説明するフローチャートである。
【図８】補正用黒レベルの算出動作を説明するフローチャートである。
【図９】各ＡＥブロックでの黒レベル算出を説明するための図である。
【図１０】ＡＥ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【図１１】各ＡＥブロック演算値から黒レベルが減算される概念を説明するための図である。
【図１２】ＡＥ評価値の算出を説明するための図である。
【図１３】ＷＢ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の第２実施形態に係るデジタルカメラ５における補正用黒レベルの算出動作を説明するフローチャートである。
【図１５】ＡＥ評価値の算出動作を説明するフローチャートである。
【図１６】本撮影時とライブビュー時とでＳＮ比を比較するための図である。
【符号の説明】
１、５ デジタルカメラ
２０６ 黒レベル補正回路
２０７ ＷＢ(ホワイトバランス)回路
２２１ 全体制御部
２２１ｃ ＡＥ／ＷＢ評価値生成部
Ｆｕ オフセット(黒レベル)
Ｇｂ ＡＥブロック
Ｓｐ 信号出力
Ｓｑ 空転送出力
【特許請求の範囲】
【請求項１】 デジタルカメラであって、(a)受光レベルに応じた電子信号を出力する撮像手段と、(b)増幅率が可変で、前記電子信号を増幅する増幅手段と、(c)前記増幅手段を第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき、黒レベルと、測光に係る測定値とを取得する測定手段と、(d)前記増幅手段を第２増幅率に設定して生成される第２増幅信号に基づき、本撮影に係る画像データを生成する撮影制御手段と、(e)前記黒レベルに基づき前記測定値を補正して、前記本撮影の露出制御に係る制御情報を生成する生成手段と、を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項２】 デジタルカメラであって、(a)受光レベルに応じた電子信号を出力する撮像手段と、(b)増幅率が可変で、前記電子信号を増幅する増幅手段と、(c)前記増幅手段を第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき、黒レベルと、測色に係る測定値とを取得する測定手段と、(d)前記増幅手段を第２増幅率に設定して生成される第２増幅信号に基づき、本撮影に係る画像データを生成する撮影制御手段と、(e)前記黒レベルに基づき前記測定値を補正して、前記本撮影のホワイトバランス制御に係る制御情報を生成する生成手段と、を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のデジタルカメラにおいて、前記生成手段は、(e-1)所定範囲から外れる前記測定値または前記黒レベルを除外して、前記制御情報を生成する手段、を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のデジタルカメラにおいて、前記撮像手段は、(a-1)前記電子信号として、露光時間満了時には実信号を出力し、露光時間未了時には空信号を出力する手段、を有するとともに、前記測定手段は、(c-1)前記空信号に基づき、前記黒レベルを取得する手段、を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項５】 請求項４に記載のデジタルカメラにおいて、前記空信号は、ライブビュー撮影時に出力されることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１】 デジタルカメラであって、(a)受光レベルに応じた電子信号を出力する撮像手段と、(b)増幅率が可変で、前記電子信号を増幅する増幅手段と、(c)前記増幅手段を第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき、黒レベルと、測光に係る測定値とを取得する測定手段と、(d)前記増幅手段を第２増幅率に設定して生成される第２増幅信号に基づき、本撮影に係る画像データを生成する撮影制御手段と、(e)前記黒レベルに基づき前記測定値を補正して、前記本撮影の露出制御に係る制御情報を生成する生成手段と、を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項２】 デジタルカメラであって、(a)受光レベルに応じた電子信号を出力する撮像手段と、(b)増幅率が可変で、前記電子信号を増幅する増幅手段と、(c)前記増幅手段を第１増幅率に設定して生成される第１増幅信号に基づき、黒レベルと、測色に係る測定値とを取得する測定手段と、(d)前記増幅手段を第２増幅率に設定して生成される第２増幅信号に基づき、本撮影に係る画像データを生成する撮影制御手段と、(e)前記黒レベルに基づき前記測定値を補正して、前記本撮影のホワイトバランス制御に係る制御情報を生成する生成手段と、を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のデジタルカメラにおいて、前記生成手段は、(e-1)所定範囲から外れる前記測定値または前記黒レベルを除外して、前記制御情報を生成する手段、を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のデジタルカメラにおいて、前記撮像手段は、(a-1)前記電子信号として、露光時間満了時には実信号を出力し、露光時間未了時には空信号を出力する手段、を有するとともに、前記測定手段は、(c-1)前記空信号に基づき、前記黒レベルを取得する手段、を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項５】 請求項４に記載のデジタルカメラにおいて、前記空信号は、ライブビュー撮影時に出力されることを特徴とするデジタルカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図８】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１４】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図８】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１４】
【図１６】
【公開番号】特開２００３−２５９１９５（Ｐ２００３−２５９１９５Ａ）
【公開日】平成１５年９月１２日（２００３．９．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−４９７３８（Ｐ２００２−４９７３８）
【出願日】平成１４年２月２６日（２００２．２．２６）
【出願人】（０００００６０７９）ミノルタ株式会社 (155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年９月１２日（２００３．９．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年２月２６日（２００２．２．２６）
【出願人】（０００００６０７９）ミノルタ株式会社 (155)
【Ｆターム（参考）】
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