JPH0799602A - 露出制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主被写体を適正露出に制御する。 【構成】 撮像素子１４は撮影レンズ１０による光学像
を電気信号に変換する。ボケ幅検出回路５０は撮影画像
の輝度信号からボケ幅を検出する。２値化回路５２は回
路５０の出力を２値化し、平滑化回路５４が、回路５２
の出力を平滑化する。回路５０，５２，５４により、主
被写体の領域が決定される。ＢＰＦ５６は撮影画像の輝
度信号から特定の帯域成分を抽出し、ゲート回路５８は
平滑化回路５４の出力に従い、ＢＰＦ５６の出力から主
被写体の画像部分を抽出する。検波回路６０は回路５８
の出力を積分検波する。検波回路６０の出力電圧が基準
電圧発生器６４の発生電圧に対して一定の関係になるよ
うに、アクチュエータ３４が絞り１２を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露出制御装置に関し、
より具体的には、ビデオ・カメラや電子スチル・カメラ
などのように、光学像を電気信号に変換する撮像素子を
具備するカメラの露出制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の露出制御装置の構成を図２に示
す。この従来例では、露出の手動調節と自動調節を選択
できるが、先ず、自動調節を説明する。

【０００３】撮影レンズ１０による被写体の光学像は絞
り１２により光量調節された後、撮像素子１４の撮像面
上に結像する。撮像素子１４は撮像面上の光学像を電気
信号に変換し、カメラ信号処理回路１６に出力する。カ
メラ信号処理回路１６は、γ変換及び色バランス調節な
どの周知の処理の回路であり、撮像素子１４の撮像画像
に対する輝度信号と色信号を分離出力する。カメラ・エ
ンコーダ１８はカメラ信号処理回路１６の出力Ｙ，Ｃを
コンポジット信号に変換し、外部に出力する。

【０００４】ゲート回路２０は、カメラ信号処理回路１
６から別に出力される輝度信号から、画面の所定中央領
域に相当する部分を抽出し、検波回路２２が積分検波す
る。これにより、画面の所定中央領域の輝度の強さを知
ることができる。演算増幅器２４が、検波回路２２の出
力電圧を比較電圧発生器２６からの電圧と比較し、その
差電圧を増幅出力する。

【０００５】自動調節の場合、スイッチ２８が自動側に
接続するので、演算増幅器２４の出力はスイッチ２８及
び減算器３０を介してドライバ３２に印加され、ドライ
バ３２は入力に応じて絞り１２のアクチュエータ３４を
駆動し、絞り１２を演算増幅器２４の出力電圧に応じた
位置に移動させる。なお、エンコーダ３６はアクチュエ
ータ３４（又は絞り１２）の移動量を検出し、その出力
が微分回路３８により微分されて減算器３０に印加され
ている。減算器３０はスイッチ２８の出力から微分回路
３８の出力を減算する。エンコーダ３６及び微分回路３
８は、絞り１２の位置を安定化する負帰還回路になって
いる。

【０００６】露出の手動調節の場合、スイッチ２８は手
動側に接続し、演算増幅器４０の出力が、スイッチ２８
及び減算器３０を介してドライバ３２に印加される。演
算増幅器４０は、エンコーダ３６の出力と基準電圧発生
器４２の発生電圧とを比較し、その差電圧の増幅値を出
力する。基準電圧発生器４２を手動操作することによ
り、絞り１２を手動調節できる。絞り１２は、エンコー
ダ３６の出力電圧と基準電圧発生器４２の発生する基準
電圧が等しくなる位置に制御される。

【０００７】上記従来例では、いわゆる中央測光方式で
あり、その他には、中央重点測光方式、画面内の予め決
められた数点の領域を単純又は加重平均する測光方式、
画面内の予め決められた数点の領域の内で使用者が指定
する１又は２以上の領域を単純又は加重平均する測光方
式などがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来例では、画面内で
測光情報を得ようとする領域に主たる被写体が存在しな
い場合、その主被写体が適正露出になるとは限らない。
即ち、白とびや黒つぶれといった見苦しい画面となる可
能性があった。

【０００９】本発明は、このような不都合を解消する露
出制御装置を提示することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る露出制御装
置は、撮像面上の光学像を電気信号に変換する撮像素子
を具備するカメラの露出を制御する装置であって、当該
撮像素子による撮影画像信号から当該撮像面における主
被写体の領域を決定する被写体領域決定手段と、当該被
写体領域決定手段により決定された被写体領域のみの画
像信号を抽出する画像信号抽出手段と、当該画像信号抽
出手段により抽出された信号を元に露出を制御する制御
手段とを設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記手段により、主被写体の露光量を確実に適
正なものにすることができる。従って、主被写体が白と
びや黒つぶれすることがなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロ
ック図を示す。なお、図２と同じ構成要素には同じ符号
を付してあり、従来例の手動調節の部分（演算増幅器４
０、基準電圧発生器４２及びスイッチ２８）は省略して
ある。本実施例では、回路５０〜６２からなる部分が従
来例と異なっている。回路５０〜６２からなる部分は、
撮影画像から主被写体の画像部分を抽出してその明るさ
を算出し、算出値に基づき露光量を制御するようにし
た。以下、詳細に説明する。

【００１４】５０はカメラ信号処理回路１６から出力さ
れる輝度信号からボケ幅を検出するボケ幅検出回路、５
２はボケ幅検出回路５０の検出出力を２値化する２値化
回路、５４は２値化回路５２の出力を平滑化する平滑化
回路である。これらにより、主たる被写体の輪郭を抽出
でき、主被写体のみの画像領域を決定できる。ここでの
輪郭抽出手法の詳細は、例えば、平成３年特許出願公開
第１５４５７６号に記載されている。

【００１５】５６は、カメラ信号処理回路１６から出力
される輝度信号から所定帯域成分を抽出するＢＰＦ、５
８は平滑化回路５４の出力で規定されるタイミング内で
ＢＰＦ５６の出力を通過するゲート回路である。即ち、
ゲート回路５８は、回路５０〜５４により決定された領
域（被写体）内の画像のみを出力する。

【００１６】６０はゲート回路５８の出力を検波する検
波回路、６２は検波回路６０の出力を比較電圧発生器６
４の発生する電圧と比較する演算増幅器である。

【００１７】本実施例の特徴的動作を説明する。ボケ幅
検出回路５０は撮影画像信号の輝度成分から被写体像の
エッジ部分のボケ幅を検出する。その検出出力は２値化
回路５２により２値化され、平滑化回路５４により平滑
化される。これらの処理により、被写体像の合焦度に応
じてエッジ部分のボケ幅の、撮像画面上における分布状
態を検出できる。平滑化回路５４の出力は、撮像画面上
の通過領域を設定する領域制御信号としてゲート回路５
８に印加される。

【００１８】図３を参照して、これらの動作をより詳細
に説明する。図３（ａ）は、撮影画面上での被写体７０
を示す。この画面で例えば、直線Ａ上における映像信号
の輝度変化は、図３（ｂ）に示すようになる。図３
（ｂ）で縦軸は輝度レベル、横軸は画面上の水平位置を
示す。被写体７０に焦点が合っているとすれば、被写体
７０の部分の映像信号中の輝度レベルは高く、背景の部
分の輝度レベルは低い。輝度信号中の高周波成分も同様
である。

【００１９】いま、被写体像のエッジ部分に注目し、エ
ッジ部分の幅をΔＸ、これに応じた輝度差をΔＩとする
と、エッジ幅ΔＸは合焦点から離れていると小さいが、
合焦点に近付くに連れて小さくなり、合焦点で最小にな
る。ΔＸは光学系の錯乱円径、撮像素子の解像力及び画
像信号処理系の帯域幅によって決定されが、後の２つは
光学系の合焦度とは無関係であり、錯乱円径のみが合焦
度に応じて変化する。但し、何れも、被写体の状況及び
輝度には影響されない。従って、エッジ幅ΔＸを検出
し、これを最小錯乱円径と比較することによって、合焦
度を精度良く判定できる。

【００２０】例えば、図４に示すように、人物などの主
要被写体に合焦し、背景に合焦していない撮影画面で
は、合焦している人物像のみからなる画像信号が、ゲー
ト回路５８から出力される。

【００２１】以後は従来例と同様に、検波回路６０がゲ
ート回路５８の出力を検波し、演算増幅器６２が、検波
回路６０の出力電圧を比較電圧発生器６４からの比較電
圧と比較し、その差電圧を増幅出力する。演算増幅器６
２の出力は、演算増幅器２４の出力と同様に、減算器３
０及びドライバ３２を介して絞り１２のアクチュエータ
３４を駆動し、絞り１２を演算増幅器２４の出力電圧に
応じた位置に移動させる。エンコーダ３６及び微分回路
３８が、負帰還制御により絞り１２の位置を安定化す
る。

【００２２】適正露出にしたい撮影画面上の領域を設定
する方法には、上記実施例で説明したもの以外に種々考
えられる。以下に、第２実施例として、撮影画面内で求
めた動きベクトルにより主被写体を判別し、露出を決め
る領域を決定するようにした実施例を説明する。

【００２３】図５は、被写体領域を検出する回路の概略
構成ブロック図を示す。１１０は撮影レンズ、１１２は
例えば二次元ＣＣＤ型固体撮像素子である撮像素子、１
１４は撮像素子１１２の出力画像信号にガンマ補正、ブ
ランキング処理、同期信号の付加などの処理を行う信号
処理回路であり、輝度信号Ｙと色信号Ｃを出力する。１
１６は、カメラ信号処理回路１１４の出力から例えばNT
SC規格のコンポジット信号を生成するカメラ・エンコー
ダである。

【００２４】１１８はカメラ信号処理回路１１４から取
り出された輝度信号Ｙを所定時間遅延する遅延回路であ
り、例えばＦＩＦＯ（ｆｉｒｓｔ−ｉｎ ｆｉｒｓｔ−
ｏｕｔ）型フィールド・メモリからなる。１２０は、走
査中の映像信号を画面上に設定された所定のブロックに
分割するためのゲート・パルスを発生するブロック分割
パルス発生回路、１２２，１２４はブロック分割パルス
発生回路２４の出力パルスに従って輝度信号Ｙを分割す
る分割回路である。分割回路１２２，１２４は、ブロッ
ク分割パルス発生回路１２０の出力パルスにより開閉制
御されるゲート回路と、当該ゲート回路の通過信号を記
憶するメモリとからなり、入力の輝度信号Ｙを画面上に
設定したブロック毎にまとめて出力する。

【００２５】１２６は現在の画面の信号と、遅延回路１
１８から出力された所定時間前の画面の信号とを比較し
て、分割したブロック毎に動きベクトルを求める動きベ
クトル検出回路、１２８は画面上の各部の動きベクトル
情報を記憶するメモリ、１３０は各ベクトルのヒストグ
ラムを作成する統計処理演算回路、１３２は当該ヒスト
グラムの形状を認識し、後述する閾値を決定する閾値決
定回路、１３４は閾値決定回路１３２で決定された閾値
の範囲内にあるブロックを探索し、領域決定をする領域
決定回路である。

【００２６】１３６は、ゲート回路５８に相当するゲー
ト回路であり、領域決定回路１３４の出力により通過の
オン／オフを制御される。

【００２７】次に、図５の動作を説明する。撮影レンズ
１１０を通過した被写体像は撮像素子１１２に入射し、
撮像素子１１２は画像信号を出力する。信号処理回路１
１４は撮像素子１１２の出力に上記の信号処理を施す。
信号処理回路１１４から出力される輝度信号Ｙは、直
接、分割回路１２４に印加され、また、遅延回路１１８
により１フィールド期間（約１６．７ｍｓｅｃ）遅延さ
れて分割回路１２２に印加される。分割回路１２２，１
２４は、ブロック分割パルス発生回路１２０の出力パル
スに従って、全画面をｍ×ｎ個のブロックに分割する。
ここでは、ｍが２０、ｎが１４（合計で２８０個のブロ
ック）であるとする。

【００２８】動きベクトル検出回路１２６は、時空間勾
配法によりブロック毎の動きベクトルを求める。この方
法は、ビー・ケー・ピー・ホーン（Ｂ．Ｋ．Ｐ． Ｈｏ
ｒｎ）らにより、アーティフィシャル・インテリジェン
ス（ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）
１７，ｐ．１８５〜２０３（１９８１）で論じられてお
り、専用ハードウェアにより実時間処理が可能である。
このようにして求めた画面全体での各ブロック毎の動き
ベクトルをオプティカル・フローと称する。

【００２９】図６を参照して、回路１２６〜１３４の動
作を具体的に説明する。図６（ａ）は撮影した現フィー
ルド画面の一例、同（ｂ）は直前のフィールドとの差を
一定時間蓄積して得たオプティカル・フロー、同（ｃ）
はオプティカル・フローをＸ方向、Ｙ方向のそれぞれの
大きさで作成したヒストグラム、同（ｄ）は本実施例に
よって認識した領域区分である。

【００３０】この例では、被写体が動きのある動画であ
れば、背景の動きは被写体の動きよりも少ないことを利
用する。動きベクトル検出回路１２６で検出された動き
ベクトルは、メモリ１２８で一定周期分（例えば１秒
間）蓄積された後、統計処理演算回路１３０に入力され
る。統計処理演算回路１３０は、各ベクトルのＸ，Ｙ成
分の大きさに従ってランク分けを行い、ヒストグラム
（図６（ｃ））を作成する。図６（ｃ）の上側がＸ方向
でのベクトル・ヒストグラム、下側がＹ方向でのベクト
ル・ヒストグラムである。

【００３１】閾値決定回路１３２は、この２つのヒスト
グラムの形状から閾値を決定する。ここでは、Ｘ，Ｙそ
れぞれの方向で最も０に近いピークを持つ分布の直近の
極小値を見つけ、この極小値の位置を閾値とする。この
閾値を正側と負側の両側で求める。図６（ｃ）では、こ
れらをＴｈｘ１，Ｔｈｘ２，Ｔｈｙ１，Ｔｈｙ２と記し
た。

【００３２】このようにして決定された閾値は領域決定
回路１３４に入力される。領域決定回路１３４はメモリ
１２８に記憶される動きベクトルの内、閾値範囲内のブ
ロックを順次探索する。例えば、ｍ＝ｉ番目、ｎ＝ｊ番
目のブロックＢｉｊにおけるＸ方向動き量をｕｉｊ、Ｙ
方向動き量をｖｉｊとすると、 Ｔｈｘ１＜ｕｉｊ＜Ｔｈｘ２ 且つ Ｔｈｙ１＜ｖｉｊ＜Ｔｈｙ２ を満足するブロックを「オン」とし、その他のブロック
を「オフ」とする。このようにして求めたオン／オフの
状態は、図６（ｄ）のようになる。斜線部分が「オン」
であり、ほぼ背景の領域と一致している。

【００３３】このようにして、主被写体の輪郭を抽出で
き、これによりゲート回路１３６を制御することで、主
被写体のみの画像を抽出できる。ゲート回路１３６以降
は、図１の検波回路６０以降の処理が行なわれ、主被写
体が適正露出になるように絞り１２が制御される。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、主たる被写体に対して適正な露出
に制御することができ、白とびや黒つぶれを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の概略構成ブロック図であ
る。

【図２】 従来例の概略構成ブロック図である。

【図３】 エッジ検出による輪郭抽出の説明図。

【図４】 人物に合焦し、背景に合焦していない撮影画
面の説明図である。

【図５】 動きベクトルによる主被写体領域決定回路の
回路構成ブロック図である。

【図６】 図５の説明図である。

【符号の説明】

１０：撮影レンズ １２：絞り １４：撮像素子 １
６：カメラ信号処理回路 １８：カメラ・エンコーダ ２０：ゲート回路 ２２：
検波回路 ２４：演算増幅器 ２６：比較電圧発生器
２８：スイッチ ３０：減算器 ３２：ドライバ ３４：アクチュエータ ３６：エンコーダ ３８：微分
回路 ４０：演算増幅器 ４２：基準電圧発生器 ５
０：ボケ幅検出回路 ５２：２値化回路 ５４：平滑化
回路 ５６：ＢＰＦ ５８：ゲート回路 ６０：検波回
路 ６２：演算増幅器 ６４：比較電圧発生器 ７０：
被写体 １１０：撮影レンズ １１２：撮像素子 １１４：カメ
ラ信号処理回路 １１６：カメラ・エンコーダ １１
８：遅延回路 １２０：ブロック分割パルス発生回路
１２２，１２４：分割回路 １２６：動きベクトル検出
回路 １２８：メモリ １３０：統計処理演算回路 １
３２：閾値決定回路 １３４：領域決定回路 １３６：ゲート回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像面上の光学像を電気信号に変換する
   撮像素子を具備するカメラの露出を制御する装置であっ
   て、当該撮像素子による撮影画像信号から当該撮像面に
   おける主被写体の領域を決定する被写体領域決定手段
   と、当該被写体領域決定手段により決定された被写体領
   域のみの画像信号を抽出する画像信号抽出手段と、当該
   画像信号抽出手段により抽出された信号を元に露出を制
   御する制御手段とを設けたことを特徴とする露出制御装
   置。