JP6659080B2 - 撮像装置およびその制御方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法、並びにプログラムに関し、特に、撮影時に使用する照明装置の明るさの補正技術に関する。

従来、暗い環境下での撮影では、照明装置により被写体を明るくする必要があるが、環境温度の変化や照明装置の温度変化により照明の光量が変化してしまうという問題がある。照明装置の温度変化による光量の変化の様子を図６（ａ）に示す。照明装置の温度変化により光量が落ちた場合、照明装置に印加している電圧をあげて光量を上げることが可能だが、電圧をあげたことにより照明装置自体がさらに熱くなり、光量が落ちた分をさらに電圧を上げて対応するという悪循環に陥ってしまう。

また、照明装置は、図６（ｂ）に示すように、点灯時間に応じて光量が落ちたり、経年劣化により光量が落ちるという問題もある。例えば、ＬＥＤ照明装置では、経年劣化の１つの要因として、発光素子を覆う樹脂材料の透明度が時間とともに失われていくために、光量が落ちてしまうという現象が起こる。

そこで、特許文献１では、照明の光量落ちの要因となる温度変化や経年劣化の状態等を考慮して、光量落ち分を補正するように照明装置に印加する電圧を増やしていき、安定した明るさを維持する仕組みを提案している。また、特許文献２では、照明装置の温度が高くなった場合には照明装置の駆動電流を抑え、当該駆動電流に合わせた階調補正処理を行うことで、照明装置自体に対する負荷を抑えつつ明るさの変化も分かり難くする技術が提案されている。

特許０４６９５５３５号 特許０５３７５０３８号

上記特許文献１では、照明の光量落ち分を補正するように照明装置の印加電圧を変更しているが、印加電圧の上限に達してしまった場合には、それ以上の補正を行えなくなってしまう。また、照明の光量落ち分を印加電圧で補おうとするため、上述したような光量補正の悪循環が生じるおそれがある。

上記特許文献２では、照明装置の温度変化の補正を、照明装置の駆動電流を落としつつ階調補正を行っているため、撮影画像の階調性が損なわれてしまうおそれがある。また、照明を暗くすると実際の映像が暗くなってしまうため、結果的に階調補正を利かせるほど階調性が失われていくおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、照明の光量変化を適正に補正することができる撮像装置の制御技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、照明手段を備える撮像装置において、前記照明手段の温度を検出する温度検出手段と、前記照明手段の光量の変化を補正するために、照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つに関する補正値を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記補正値に基づいて、照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つを制御して前記照明手段の光量の変化を補正する補正手段とを備え、前記温度検出手段は、前記照明手段が第１のタイミングで点灯された際の第１の温度と、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングでの現在の前記照明手段の第２の温度とを検出し、前記算出手段は、前記補正値として、前記第１の温度と前記第２の温度との温度差に対応する照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つに関する第１の補正値を、予め記憶されているテーブル情報から算出することを特徴とする。

本発明によれば、照明の光量を補正するためのテーブル情報から照明装置の温度変化や経年劣化に対応するカメラパラメータの補正値を算出して照明の光量を補正する。これにより、照明の光量変化を適正に補正することができ、安定した明るさで被写体を撮影し続けることが出来る。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の機能構成の概略を示すブロック図である。 図１の撮像装置における照明の光量変化補正処理のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置における照明の光量変化補正処理のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る撮像装置における照明の光量変化補正処理のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る撮像装置における照明の光量変化補正処理の解除処理のフローチャートである。 （ａ）従来の照明装置の温度変化による光量の変化の様子を表した図、（ｂ）従来の照明装置の点灯時間による光量の変化の様子を表した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の機能構成の概略を示すブロック図である。

図１において、撮像装置は、レンズ群４０１、光学フィルタ４０２、絞り４０３、カラーフィルタ４０４、撮像素子４０５、ＡＧＣ４０６、Ａ／Ｄ変換部４０７、映像信号処理部４０８、映像信号出力部４０９、露出制御部４１０を備える。さらに、撮像装置は、照明制御部４１１、照明部（照明装置）４１２、温度検出部４１３、光学制御部４１４、制御設定部４１６を備える。

レンズ群４０１は、被写体から入射した光を撮像素子４０５上に集光させるための光学系である。レンズ群４０１には、被写体に対するピント合わせを行うフォーカスレンズや、画角を調整するズームレンズ等が含まれる。

光学フィルタ４０２として、例えば赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）等から成る。絞り４０３は、入射光の光量を調整する。

レンズ群４０１を通して撮像装置内に入ってきた光は、光学フィルタ４０２を通過し、絞り４０３により光量調整された後、撮像素子４０５の受光面の画素毎に所定の順序で配列されたカラーフィルタ４０４を通り、撮像素子４０５で受光される。

撮像素子４０５は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等で構成され、受光した光学像を光電変換してアナログ画像信号を出力する。出力されたアナログ画像信号は、ＡＧＣ（オートゲインコントローラー）４０６でゲインコントロールされて輝度の調整が行われ、Ａ／Ｄ変換部４０７でデジタル画像信号に変換され、映像信号処理部４０８に出力される。

映像信号処理部４０８は、Ａ／Ｄ変換部４０７からのデジタル画像信号に所定の処理を施し、画素毎の輝度信号と色信号を出力する。また、映像信号処理部４０８は、出力用の映像信号を作るとともに、撮像装置を制御するためのパラメータを作成する。撮像装置を制御するためのパラメータは、例えば絞りの制御や、ピント合わせの制御、色味を調整するホワイトバランス制御などで使われる。

映像信号出力部４０９は、映像信号処理部４０８で作成された映像信号を外部に出力する。

露出制御部４１０は、映像信号処理部４０８から出力される輝度信号から撮影画面内の輝度情報を算出し、撮影画像を所望の明るさに調整すべく絞り４０３およびＡＧＣ４０６を制御する。また、露出制御部４１０は、シャッタースピードを調整することで撮像素子４０５の電荷蓄積時間を調整し、明るさの調整を行うこともできる。さらに、露出制御部４１０は、照明制御部４１１を制御して照明部４１２の点灯、消灯および調光処理を行う。

温度検出部４１３は、照明部４１２の温度を検出するセンサであり、検出した温度情報を露出制御部４１０に出力する。

光学制御部４１４は、レンズ群４０１を駆動制御し、映像信号処理部４０８で作成された映像信号から高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分をフォーカスピント情報（フォーカス評価値）として利用して合焦動作を行う。また、光学制御部４１４は、デイナイト機能として光学フィルタ４０２の挿抜を行う。デイナイト機能とは、明るい環境下では光学フィルタ４０２を挿入して可視域の波長の光でカラー撮影を行う。一方、暗い環境下では光学フィルタ４０２を抜いて赤外域の波長の光も取り込んで明るさを稼ぎ、モノクロ撮影を行う。

外部設定部４１５は、ピント合わせや明るさ指定、ズーム倍率指定といった、撮像装置の設定を行うための操作部である。

制御設定部４１６は、外部設定部４１５から送られてきた撮像装置に対する指示に応じて、露出制御部４１０、光学制御部４１４、照明制御部４１１への制御命令を行う。

次に、図１の撮像装置における照明の光量変化補正について説明する。

図２は、図１の撮像装置における照明の光量変化補正処理のフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１では、露出制御部４１０は、温度検出部４１３が検出した、照明部４１２が点灯したときの照明部４１２の温度を取得して記憶する。

次に、ステップＳ１０２では、露出制御部４１０は、ステップＳ１０１で取得した照明点灯時の照明部４１２の温度と、温度検出部４１３が検出した現在の照明部４１２の温度との温度差ΔＴを算出する。ここで、ステップＳ１０１で取得した照明点灯時の照明部４１２の温度とは、照明部４１２を点灯させたタイミングを基準とした所定の時間内に温度検出部４１３が検出した照明部４１２の温度のことを指す。照明部４１２の点灯を開始させた直後の照明部４１２の光量が安定しない期間は照明部４１２の温度も安定しないため、照明部４１２の点灯を開始させてから照明部４１２の光量が安定したとみなせる時間が経過した後で照明部４１２の温度を検出するのがよい。

次に、ステップＳ１０３では、露出制御部４１０は、ステップＳ１０２で算出した温度差ΔＴに応じた照明強度補正値（第１の補正値）を算出する。第１の補正値は、温度変化により生じる照明部４１２の光量変化を補正するための補正値である。露出制御部４１０は、予め記憶されている温度光量補正テーブルから温度差ΔＴに対応する照明強度、シャッター速度、絞り、ゲイン（これらを「カメラパラメータ」と呼ぶ）の補正値の少なくとも１つを第１の補正値として算出する。

ステップＳ１０４では、露出制御部４１０は、ステップＳ１０３で算出された第１の補正値により照明部４１２の光量を補正する。具体的には、露出制御部４１０は、ステップＳ１０３で算出された補正値によりカメラパラメータを補正して、照明部４１２の光量変化を補う。例えば、温度変化により被写体の照度が半分になってしまった場合には、画面の明るさを明るくするためにゲインを２倍かけることで照明の光量落ちを相殺するような補正をかけて、被写体照度を一定に保つようにする。

次のステップＳ１０５以降は点灯時間の補正を行うフローになる。

ステップＳ１０５では、露出制御部４１０は、点灯時間算出手段として、照明部４１２の点灯時間Ｌを算出する。

次に、ステップＳ１０６では、露出制御部４１０は、ステップＳ１０５で算出した点灯時間Ｌに応じた照明強度補正値（第２の補正値）を算出する。第２の補正値は、点灯時間の長さにより生じる照明部４１２の光量変化を補正するための補正値である。露出制御部４１０は、予め記憶されている経年光量補正テーブルから点灯時間Ｌに対応するカメラパラメータの補正値の少なくとも１つを第２の補正値として算出する。

ステップＳ１０７では、露出制御部４１０は、ステップＳ１０６で算出された第２の補正値により照明部４１２の光量を補正する。具体的には、露出制御部４１０は、ステップＳ１０６で算出された補正値によりカメラパラメータを補正して、照明部４１２の光量変化を補う。例えば、経年劣化により被写体の照度が半分になってしまった場合には、画面の明るさを明るくするためにゲインを２倍かけることで照明の光量落ちを相殺するような補正をかけて、被写体照度を一定に保つようにする。

上記実施形態によれば、照明の光量を補正するためのテーブル情報から照明装置の温度変化や経年劣化に対応するカメラパラメータの補正値を算出して照明の光量を補正する。これにより、照明の光量変化を適正に補正することができ、安定した明るさで被写体を撮影し続けることが出来る。

本実施形態では、温度変化と経年劣化を一連の処理で補正する方法について述べたが、どちらか片方のみを補正する方法であってもよいし、温度変化と経年劣化による光量変化を勘案して合わせて補正するとしてもよい。また、照明装置の点灯時としたが、点灯後所定時間経過して温度が安定した時点からの温度変化としてもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置について説明する。

撮像装置に搭載される照明装置は必ずしも１種類だけではなく、撮影状況に合わせた複数の照明装置を搭載した撮像装置も存在する。例えば、望遠側を撮影しているときには、光束を絞って遠くまで照射できる望遠用の照明装置を使用し、至近側を撮影しているときには、広範囲に照射する照明装置を使用するといった使い分けが行われる。このように、撮影状況に応じて複数の照明装置を使い分けた場合、照明装置ごとに点灯時間が変わってしまう。

そこで、本実施形態では、複数の照明装置それぞれに対して、経年劣化により生じる光量変化の補正を行う。

本発明の第２の実施の形態では、図１に示す撮像装置の構成に対して、照明部４１２が複数存在する点が異なるだけであり、第１の実施の形態と同様の部分については、同一の符号を用いてその説明を省略する。以下に、上記第１の実施の形態と異なる点のみを説明する。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置における照明の光量変化補正処理のフローチャートである。

まず、ステップＳ５０１では、露出制御部４１０は、複数の照明部（照明装置）４１２それぞれの点灯時間を照明制御部４１１から取得する。本実施形態では、複数の照明部４１２それぞれの点灯時間を照明制御部４１１が記憶する構成としているが、これに限定されるものではない。

次に、ステップＳ５０２では、露出制御部４１０は、現在の撮影画角を現在のズーム位置等から検出し、複数の照明部４１２のうち、現在の撮影画角に適した照明部４１２ａを点灯するように照明制御部４１１に指示命令を送る。

次に、ステップＳ５０３では、露出制御部４１０は、ステップＳ５０１で取得した複数の照明部の点灯時間のうち、ステップＳ５０２で点灯した照明部４１２ａの点灯時間に応じた照明強度補正値（第２の補正値）を算出する。そして、露出制御部４１０は、当該第２の補正値によりカメラパラメータを補正して、照明部４１２ａの光量変化を補う。光量の補正方法は、上記第１の実施形態と同様である。なお、上記第１の実施形態と同様の補正方法で照明装置の温度変化に対応する光量補正を行うように構成してもよい。

また、ステップＳ５０２では、撮影画角に適した照明装置を点灯するとしているが、例えば複数の照明装置を点灯している場合には、出力が大きな照明装置に合わせて補正値を算出する構成であってもよい。

上記実施形態によれば、複数の照明装置のうち、撮影に適した照明装置の点灯に応じて光量補正を行う。これにより、照明の光量変化を適正に補正することができ、安定した明るさで被写体を撮影し続けることが出来る。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置について説明する。

上述したように、点灯時の照明装置が高温になると光量が低下するが、高温になった照明装置も温度が下がれば再び光量が回復してくる。そこで、高温による光量変化を考慮して、照明装置の温度を抑制するシステムが搭載された撮像装置がある。このような撮像装置では、例えば、照明装置の温度が予め設定された温度に到達した場合、照明装置の印加電圧を抑制する。しかしながら、照明装置の印加電圧が抑制されてしまうため、照明の明るさも暗くなってしまう。

そこで、本実施形態では、照明装置の温度が設定温度に到達した場合に照明装置への印加電圧を抑制し、抑制した分の照明装置の光量変化を、カメラパラメータを補正することで補う。その後、照明装置の温度が低下し、照明装置の設定温度に対して一定値以上低くなった場合には、カメラパラメータの補正を中止して、再度電圧による調光に戻す。

本発明の第３の実施の形態では、図１に示す構成が上記第１の実施の形態と同じであり、第１の実施の形態と同様の部分については、同一の符号を用いてその説明を省略する。以下に、上記第１の実施の形態と異なる点のみを説明する。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置における照明の光量変化補正処理のフローチャートである。

まず、ステップＳ６０１では、露出制御部４１０は、温度検出部４１３が検出した現在の照明部４１２の温度が温度リミット（上限温度）に到達したか否か判定する。温度リミットは、照明部４１２の温度変化による光量の変化を考慮した値であり、予め任意に設定可能な値とする。

ステップＳ６０１の判定結果から、現在の照明部４１２の温度が温度リミットに到達していない場合、露出制御部４１０は、照明部４１２への印加電圧を調整して光量の調整を行う（ステップＳ６０２）。なお、ステップＳ６０２を省略する構成であってもよい。

一方、ステップＳ６０１で現在の照明部４１２の温度が温度リミットに到達した場合、露出制御部４１０は、照明部４１２に対する印加電圧を現在よりも落とす（ステップＳ６０３）。

次に、露出制御部４１０は、ステップＳ６０３で落とした印加電圧分の光量変化に応じた照明強度補正値（第３の補正値）を算出する（ステップＳ６０４）。第３の補正値は、印加電圧の降下により生じる照明部４１２の光量変化を補正するための補正値である。露出制御部４１０は、予め記憶されている電圧光量補正テーブルから印加電圧の変更に対応するカメラパラメータの補正値の少なくとも１つを第３の補正値として算出する。

次に、ステップＳ６０５では、露出制御部４１０は、ステップＳ６０４で算出した第３の補正値によりカメラパラメータを補正して、照明部４１２の光量変化を補う。例えば、印加電圧の降下により被写体の照度が半分になってしまった場合には、画面の明るさを明るくするためにゲインを２倍かけることで照明の光量落ちを相殺するような補正をかけて、被写体照度を一定に保つようにする。

なお、ステップＳ６０３で印加電圧の変更を実際に行う前に、該印加電圧の変更に対するカメラパラメータの補正値（第３の補正値）を算出し、印加電圧の変更と同時に、第３の補正値によるカメラパラメータの補正を行ってもよい。これにより、撮影画像の明るさ変化のムラをより抑えることが可能となる。

また、図４の処理を繰り返し行うように構成してもよい。

次に、照明部４１２の温度が低下し、照明部４１２の設定温度に対して一定値以上低くなった場合に、カメラパラメータの補正を中止して、再度印加電圧による調光に戻す処理について図５を参照して説明する。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置における照明の光量変化補正処理の解除処理のフローチャートである。なお、本処理では、上述した補正値によりカメラパラメータの補正（光量補正）が行われていることが前提である。

まず、ステップＳ７０１では、露出制御部４１０は、温度検出部４１３が検出した現在の照明部４１２の温度が温度リミットに対して一定値以上低くなったか否かを判定する。この一定値は、任意に設定可能な設定値とする。

ステップＳ７０１の判定結果から、温度リミットに対して一定値以上低くなっていない場合には、本処理を終了する。一方、温度リミットに対して一定値以上低くなった場合すなわち照明部４１２の温度が低下して光量の回復が見込まれる場合には、ステップＳ７０２へ進む。

ステップＳ７０２では、露出制御部４１０は、現在行っているカメラパラメータの補正を中止し、照明部４１２の印加電圧を調整して元に戻す。これにより、被写体に対して適正な明るさが保てるようになる。

上記実施形態によれば、照明装置の温度が予め設定された温度リミットに到達した場合には、照明装置の印加電圧を抑制すると共に、その抑制された分の光量変化を、カメラパラメータを補正することで補う。これにより、照明の光量変化を適正に補正することができ、安定した明るさで被写体を撮影し続けることが出来る。

上記実施形態では、温度リミットに到達した場合に印加電圧を落としてカメラパラメータの補正に切り換えているが、照明装置の急激な温度変化がある場合には直ちに印加電圧を落としてカメラパラメータの補正に切換える構成であってもよい。

上記第１から第３の実施形態では、撮像装置内の露出制御部４１０が処理の主体となっているが、制御設定部４１６が処理の主体となっている構成であってもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

４１０ 露出制御部
４１１ 照明制御部
４１２ 照明部（照明装置）
４１３ 温度検出部
４１４ 光学制御部
４１５ 外部設定部
４１６ 制御設定部

Claims (5)

1. 照明手段を備える撮像装置において、
   前記照明手段の温度を検出する温度検出手段と、
   前記照明手段の光量の変化を補正するために、照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つに関する補正値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記補正値に基づいて、照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つを制御して前記照明手段の光量の変化を補正する補正手段とを備え、
   前記温度検出手段は、前記照明手段が第１のタイミングで点灯された際の第１の温度と、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングでの現在の前記照明手段の第２の温度とを検出し、
   前記算出手段は、前記補正値として、前記第１の温度と前記第２の温度との温度差に対応する照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つに関する第１の補正値を、予め記憶されているテーブル情報から算出することを特徴とする撮像装置。
2. 前記照明手段の点灯時間を検出する点灯時間検出手段を備え、
   前記算出手段は、前記補正値として、前記点灯時間検出手段により検出された点灯時間に基づいて、前記点灯時間に対応する照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つに関する第２の補正値を、予め記憶されているテーブル情報から算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 現在の撮影画角を検出する画角検出手段を備え、
   前記算出手段は、前記照明手段が複数である場合に、前記画角検出手段が検出した現在の撮影画角に適した照明手段に対応する点灯時間に基づいて前記第２の補正値を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 照明手段を備える撮像装置の制御方法において、
   前記照明手段の温度を検出する検出工程と、
   前記照明手段の光量の変化を補正するために、照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つに関する補正値を算出する算出工程と、
   前記算出工程にて算出された前記補正値に基づいて、照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つを制御して前記照明手段の光量の変化を補正する補正工程とを備え、
   前記検出工程は、前記照明手段が第１のタイミングで点灯された際の第１の温度と、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングでの現在の前記照明手段の第２の温度とを検出し、
   前記算出工程は、前記補正値として、前記第１の温度と前記第２の温度との温度差に対応する照明強度、シャッター速度、絞り、ゲインの少なくとも１つに関する第１の補正値を、予め記憶されているテーブル情報から算出することを特徴とする制御方法。
5. 請求項４記載の制御方法を撮像装置に実行させるためのコンピュータに読み取り可能なプログラム。

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