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JP2021153229A - 情報処理装置、撮像装置、方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

情報処理装置、撮像装置、方法、プログラム及び記憶媒体 Download PDF

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JP2021153229A JP2020052382A JP2020052382A JP2021153229A JP 2021153229 A JP2021153229 A JP 2021153229A JP 2020052382 A JP2020052382 A JP 2020052382A JP 2020052382 A JP2020052382 A JP 2020052382A JP 2021153229 A JP2021153229 A JP 2021153229A
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憲太朗 小暮
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Abstract

【課題】 被写体の特定の領域に露出を合わせる際の安定性を向上させること。【解決手段】 画像を取得する取得手段と、画像から被写体を検出する第1の検出手段と、第1の検出手段により検出した被写体の輝度に応じて露出を制御する露出制御手段と、露出制御手段により露出制御された画像から被写体の一部を検出する第2の検出手段と、第1の検出手段が検出した被写体の第1の輝度と、第2の検出手段が検出した被写体の一部の第2の輝度との差分を記憶する記憶手段と、を備え、露出制御手段は、第2の検出手段により被写体の一部を検出した場合には、被写体の一部の輝度に応じて露出を制御し、第2の検出手段により前記被写体の一部を検出した状態からロストした状態となった場合には、第1の検出手段により検出した被写体の輝度と差分とに基づいてオフセットさせた輝度に応じて露出を制御する。【選択図】 図5

Description

本発明は、情報処理装置、撮像装置、方法、プログラム及び記憶媒体に関する。
従来、基準画像における所定領域と所定領域以外の領域との間における明るさの差を示す関係情報に基づいて露出補正を行う技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
特開2006−74144号公報
本発明が解決しようとする課題は、被写体の特定の領域に露出を合わせる際の安定性を向上させることである。
本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。
本発明に係る情報処理装置は、画像を取得する取得手段と、前記画像から被写体を検出する第1の検出手段と、前記第1の検出手段により検出した前記被写体の輝度に応じて露出を制御する露出制御手段と、前記露出制御手段により露出制御された画像から前記被写体の一部を検出する第2の検出手段と、前記第1の検出手段が検出した前記被写体の第1の輝度と、前記第2の検出手段が検出した前記被写体の一部の第2の輝度との差分を記憶する記憶手段と、を備え、前記露出制御手段は、前記第2の検出手段により前記被写体の一部を検出した場合には、前記被写体の一部の輝度に応じて露出を制御し、前記第2の検出手段により前記被写体の一部を検出した状態からロストした状態となった場合には、前記第1の検出手段により検出した前記被写体の輝度と前記差分とに基づいてオフセットさせた輝度に応じて露出を制御することを特徴とする。
撮像装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 撮像部の一例を示す図である。 撮像装置のソフトウェア構成の一例を示す図である。 撮影画像内において人物および顔が検出された場合を表した図である。 第1の実施形態に係るフローチャートである。 第1の実施形態に係る人物の顔および人体の輝度情報の算出結果を示した表である。 第1の実施形態に係る露出制御部で制御する露出制御の速度の違いを示したグラフである。 第1の実施形態に係る図4の人物の位置が変化し顔をロストした場合の撮影画像の例である。 第1の実施形態に係る図8の人物の位置が変化し図5のフローチャートの処理を実行した場合の撮影画像の例である。 第2の実施形態に係る撮像システムの構成の一例を示す図である。 第2の実施形態に係るフローチャートである。 第2の実施形態に係る複数の人物および顔の輝度情報を記憶する際の一例を示す表である。 第2の実施形態に係る複数の人物の顔および人体の輝度情報、座標の算出結果および付随する記憶情報を示した表である。
図1は、カメラ10のハードウェア構成の一例を示す図である。カメラ10は、ハードウェア構成として、撮像部11と、CPU12と、メモリ13と、入力部14と、表示部15と、通信部16と、を含む。撮像部11は、被写体像を撮像する。撮像部11の詳細は後述する図2に示す。CPU12は、カメラ10の全体を制御する。メモリ13は、プログラム、撮像部11で撮像された画像、設定値等を記憶する。入力部14は、ユーザーの選択操作等を入力し、CPU12に渡す。表示部15は、CPU12の制御に基づき画面等を表示する。通信部16は、カメラ10をネットワークに接続し、他の装置との通信等を制御する。
図2は、撮像部11の一例を示す図である。撮像部11は、数枚のレンズ群からなるレンズ201、CCDやCMOS等の撮像素子202を備える。また、撮像部11は、雑音軽減を行う相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling:CDS)回路203を備える。また、撮像部11は、カメラのゲイン制御を自動で行うゲインコントロールアンプ回路(Automatic Gain Control:AGC)204を備える。また、撮像部11は、アナログ信号をデジタル信号へと変換を行うA/D変換205を備える。
図3は、カメラ10のソフトウェア構成の一例を示す図である。撮像制御部101は、撮像部11の制御を行う。露出制御部102は撮影時の露出の制御を行う。画像生成部103は、露出制御部102で決められた露出で撮影された画像を生成する。検出部104は、画像生成部103で生成された画像に対して特定のオブジェクト検出を行う。輝度算出部105は、画像生成部103で生成された画像の所定領域の輝度を算出する。記憶部106は、画像に関する輝度情報または特定のオブジェクトに関連する情報を記憶する。出力部107は、画像生成部103で生成された画像を外部に出力する。
次に、上述した各構成要素の動作について詳しく説明を行う。まず、撮像装置について、図2及び図3を用いて詳しく説明を行う。レンズ201は、被写体像を後段の撮像素子202に結像させる。また、レンズ201は単焦点やズームレンズなど種々のレンズが構成可能である。撮像素子202は、撮像光学系としてのレンズ201を介して結像された被写体像を電気信号に変換する。さらに、レンズ201と撮像素子202の間に物理的に光量を調節可能な絞りを備えてもよい。CDS回路203は、撮像素子202から出力された電気信号に対して相関二重サンプリング処理等を実施する。AGCアンプ204は、CDS回路203から出力された電気信号に対して増幅処理等を行う。A/D変換205は、AGCアンプ204により増幅処理されたアナログ信号をデジタル信号へと変換する。撮像制御部101は、撮像部11から得られた輝度信号及び色信号を露出制御部102に渡す。露出制御部102は、撮像部11のレンズ201内の絞りや撮像素子202で設定されるシャッタースピード、AGC204で制御されるゲインなどを制御する。そして、予め決められたプログラム線図に則して、撮影画像が所定の明るさを維持するように目標値を定めて自動で露出制御を行う。画像生成部103は、露出制御部102で決められた露出で画像を撮影した画像を生成する。このとき種々の一般的な画像処理を行ってもよい。例えば、ガンマ補正、ホワイトバランス処理、カラーバランス処理、シャープネス処理、ノイズ低減処理、収差補正、シェーディング補正等が含まれる。ここで、露出制御部102で設定する露出レベルに応じて画像生成部103における各種画像処理パラメータを変更してもよい。例えば、露出制御部102で制御しているゲインが高いほどノイズ低減処理のレベルを強くする処理等が含まれる。検出部104は、画像生成部103で種々の画像処理を行った画像において人物の顔や人体等の特定オブジェクトの検出を行い、それぞれ異なるオブジェクトとして検出が可能である。また、検出部104で検出対象とするオブジェクトの種別や大きさなどを予め決めてもよいし、ユーザーが任意に選択可能にしてもよい。図4は撮影画像で人体および顔が検出されている様子を表している図であり、オブジェクト20は屋外から建物等の入り口に侵入してくる人物、実線矩形30は顔検出枠、破線矩形31は人体検出枠をそれぞれ表している。また、図4中の点線矩形32は顔検出および人体検出可能枠を表しており、枠内の顔または人体のみを検出可能にしてもよい。また、顔および人体枠の位置は固定位置でもよいし、ユーザーが任意に指定可能にしてもよい。更に、顔と人体の検出可能枠を独立で設定することを許可してもよい。図4中の点線矩形32の顔および人体検出可能枠を設定することで、ここで、図4の人体検出枠31は人体全体でもよいし、頭部の形状を検出し人体検出としてもよい。輝度算出部105は、検出部104で検出された人体や人物の顔を含む特定のオブジェクトの所定タイミングにおける輝度を算出する。輝度の算出方法は、検出された特定のオブジェクトを含む所定領域の平均輝度でもよいし、重みづけ平均でもよい。オブジェクトを含む所定領域は矩形枠全体でもよいし、検出されたオブジェクト内部の全体また一部でもよい。検出部104で特定の顔および人体が検出された場合、当該特定の顔および人体毎に、顔検出時の人体輝度、顔検出時の顔輝度、人体検出時の人体輝度、人体基準の顔輝度との差分等を算出してもよい。このとき、顔または人体の輝度および画像全体の輝度差を算出し、顔または人体の輝度が画面全体の輝度と比較して相対的に低い場合に逆光シーンであると判定(シーン判定)してもよい。記憶部106は、輝度算出部105で算出された上述の各種輝度および輝度差を含む輝度情報を記憶する。出力部107は、画像生成部103で種々の画像処理を行った画像を出力する。出力部107の出力先としてはカメラ10に内蔵されているディスプレイでもよいし、通信部16を介して接続されている外部の端末装置でもよい。
(第1の実施形態)
以下、図5のフローチャートを参照して、本発明の第1の実施例による撮像装置について説明する。この撮像装置において、図3は、第1の実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。ここでは、撮像制御部101、露出制御部102、画像生成部103、検出部104、輝度算出部105、記憶部106、出力部107が、主に動作することにより図5のフローチャートに示す処理が実現される。また、撮像装置10で撮影している被写体環境としては、図4の人物20が明るい屋外から暗い屋内へ侵入しようとしている状況で、時間は日中で外光が強く差し込むような逆光シーンであることを前提とする。
まず、撮像制御部101、露出制御部102、画像生成部103を経て生成された画像に対して輝度算出部105で、撮影画像が逆光シーンであるかどうか判定を行う(ステップS100)。逆光シーンであるかどうかは、公知の手法として、画像内の複数の所定領域の輝度差から判定してもよいし、輝度ヒストグラムを算出して所定以上または所定以下の輝度の画素数の割合が所定以上の場合に逆光シーンであると判断してもよい。ステップS100で逆光シーンであると判定された場合は、人体検出を行い、画像内に人体が存在するかどうかを判定する(ステップS101)。ステップS101において、検出部104で人体が検出された場合、所定の人体輝度と顔輝度に関する情報が記憶部106に記憶されているかどうかを判定する(ステップS102)。ステップS102において、所定の人体輝度と顔輝度が記憶部106に記憶されていないと判定された場合は、露出制御部102が人体に対して露出制御を行う(ステップS103)。ステップS103で人体に露出を合わせていく過程で、顔を検出するかどうかを判定する(ステップS104)。ステップS104において、検出部104で顔が検出された場合は、顔が検出された時点の人体輝度と顔輝度を算出し記憶部106に記憶する(ステップ105)。ここで、図6は図4の人物20に対して、画像の輝度の最小値を0、最大値を255としたときの、ステップS103ではじめに人体を顔検出時の人体輝度、顔検出時の顔輝度、人体輝度を基準とした顔輝度との差分をそれぞれ算出した結果を表した表である。ステップS105で輝度算出手段105が算出した各種人体と顔に関する輝度情報を記憶部106に記憶した後、ステップS104において検出部104で検出された顔に対して露出制御を行う。
一方で、検出部104で人体は検出されているが一度検出していた顔をロストした場合は、以下の処理を行う。ステップ102において、ステップS105で一度人体輝度および顔輝度に関する情報が記憶されている場合、輝度算出部105が画像の輝度が所定以上変化していないかどうかを判定する(ステップS107)。ここで、顔をロストした状態としては、検出していた顔の一部または全体が遮蔽物等の影響で検出できなくなる、または顔の向きの変化等によって検出部104で検出していた顔が検出できなくなることとする。画像全体の変化は、画像内の複数の所定領域内の輝度変化、または輝度ヒストグラムの各分布の所定以上の変化から判定してもよい。また、検出部104で検出していた人体および顔を両方ロストした場合は、所定時間経過後に通常の露出制御にしてもよい。通常の露出制御は、画像全体に対し平均測光、中央重点測光、評価測光、スポット測光のような一般的な種々の測光方式を採用してもよい。
ステップS107において、画像の輝度変化が所定以下の場合は、露出制御102で所定の目標値に対して露出制御する時の速度を速くしてもよい(ステップS108)。図7は、ステップS108における、露出制御部102の露出制御の速度の違いの例を表したグラフである。図8のグラフ上の実線が通常速度で破線が速度を速くした場合を示しており、破線の露出制御のほうが目標輝度に到達するまでの時間が早いことを表している。本来、常時顔に対して相対的に速い露出制御をすることが望ましいが、目標輝度が定まらない状態で露出制御の速度をあげてしまうと、目標輝度に対してオーバーしてしまう等安定性が悪くなってしまう場合がある。また、露出制御102の露出制御の速度を変更するための手段は、絞り・ゲイン・シャッタースピードの内少なくとも1つの単位時間あたりの制御する分解能を粗くしてもよい。ステップ108で露出制御部102の露出制御の速度を変更した後、露出制御部102は、記憶部106に記憶されている顔輝度と人体輝度の輝度差を取得する。そして、検出部104で検出された人体に対して当該輝度差分オフセットさせた目標値を設定し露出制御を行う(ステップS109)。図6のステップS105で記憶された人体輝度基準の顔輝度との差分を参照すると、+30なので、検出部104で検出された人体の輝度に対して常に+30目標値をオフセットしておくことで、人体のみ検出中の状態でも顔に適した露出を維持できる。一方、ステップS107において、画像の輝度変化が所定以上の場合は、記憶部106に記憶されている顔輝度および人体輝度の輝度差に関して相関関係が成り立たない場合がある。そのため、ステップS104〜S106の処理を実行して再度顔輝度および人体輝度を記憶部106に記憶し直してもよい。図4の人物20が更に屋内に侵入し、顔が黒潰れてロストしてしまうような環境下でも、ステップS107〜ステップS109の処理を実行した場合は、図10のように通常より人体に対して顔の目標値相当の露出制御が可能となり黒潰れを抑制できる。また、一度人物20が完全にロストした状態から、人物20の人体を検出した場合においては、通常よりも速い速度で人物20の人体に対して人物20の顔に適した露出制御が可能となる。
したがって、上述のステップS101〜ステップ109の処理を実行することで、検出部104で1度検出した顔に対して、ロストした場合の露出の安定性、およびロスト後に再度同じ顔に露出を合わせる際の露出の即応性が向上する。
(第2の実施形態)
以下、図10を参照して、本発明の第2の実施例による撮像システムについて説明する。図10は、第2の実施形態に係る撮像システムの構成を示す図である。ここでは、撮像装置10およびクライアント装置40が、主に動作することにより図11のフローチャートに示す処理が実現される。図10中の撮像装置10およびクライアント装置40に含まれる各要素101〜107に関しては同一の処理内容のため説明を省略する。クライアント装置40の送信部201は、輝度算出部105および記憶部106から取得した輝度情報に基づいて撮像装置10へ少なくとも露出制御に関する命令を送信する。撮像装置10の受信部202は、クライアント装置40からの命令を受信し、少なくとも露出制御部102へ命令を送る。識別部203は、検出部104で検出された顔および人体を含む特定のオブジェクトの個体を特徴量抽出やパターンマッチングを行い識別する。また、撮像装置10およびクライアント装置40間に対してローカルネットワークを用いて通信を行ってもよいし、インターネットなどのグローバルネットワークを介して通信を行ってもよい。撮像装置10で撮影している被写体環境としては、図12のように、人物20および人物21がそれぞれ明るい屋外から暗い屋内へ侵入しようとしている状況で、日中の外光が強く差し込むような逆光シーンであることを前提とする。また、図12中の実線30、破線31は、図4と同様の処理のため説明を省略する。
次に、図11のフローチャートを参照して、本発明の第2の実施例における撮像システムについて説明する。図11中のステップS101〜S108に関しては第1の実施形態で説明した図5のフローチャートの各処理と同様のため説明を省略する。ステップS100からステップS103を経て、ステップS104で顔を検出した場合、識別部203で顔および人体を識別し、固有のIDを割り振る。そして、夫々の顔画像、人体シルエット、人体輝度と顔輝度に関する情報を紐づけて記憶部106に記憶してもよい(ステップS201)。このとき、図12中の人物20の顔IDは001、人体IDは1001とし、人物21の顔IDは002、人体IDは1002とする。また、検出部104または識別部203は公知の技術を用いて顔画像の特徴量または人体のシルエットから個体の特定および認識がある程度可能であるとする。更に、検出部104で人体検出および顔検出した時の画像上の2次元座標を紐づけて記憶部106に記憶してもよい。図13は、図12中の人物20と人物21の夫々の顔および人体の輝度情報および検出時の2次元座標を各IDに紐づけて表した表である。例えば、図13の表のように顔検出枠および人体検出枠の2次元座標を表現してもよい。すなわち、画像の解像度に合わせて画像上の左下を(x,y)=(0,0)、右上を(x,y)=(1920,1080)とした、枠の始点のx座標をx、枠の始点のy座標をy、枠の幅をv,枠の高さをhと表現できる。また、x,y,v,hのそれぞれの最大値は、解像度に依存しない十分に大きな値でもよい。このとき、図13の顔画像の特徴量から、図13の表に示されていない顔の各器官の特徴、肌の色、髪の色・長さ、人種等を推定し紐づけてもよい。更に、人種や実際の肌の色が推定できる場合は、記憶部106に記憶されている人体基準の顔輝度差分に対して更にオフセットをしてもよい。
一方、ステップS108を経て複数の顔および人体に関する輝度情報が記憶された状態において、以下の処理を行う。すなわち、逆光シーンにおける顔が検出されていない状態で検出されている人物が複数存在するかどうか、記憶部106に記憶されている当該複数の人体に紐づく夫々の顔輝度の最小値と最大値が所定範囲内であるかどうかを判定する(ステップS202)。例えば、最小値と最大値が顔検出可能な輝度範囲であるかどうかを判定しもよい。ステップS202において、顔輝度の最小および最大値の範囲外である場合は、当該複数の人体に紐づく夫々の人体基準の顔輝度との差分の平均値分オフセットした目標値で露出制御してもよい(ステップS203)。ステップS202で、最小値および最大値が所定範囲を超えている場合は、検出部104で検出されている人体および紐づく顔に対して優先度が設定されているかどうかを判定する(ステップS204)。このとき、検出部104で検出された顔の輝度および識別部203で識別された人種や肌の色の情報の統計データから、前述の輝度範囲を調整してもよい。ステップS204で、優先度が設定されている場合は、優先度が高い人体および紐づく顔の輝度差分オフセットさせた目標値で露出制御を行ってよい(ステップS205)。一方、ステップS204で、優先度が設定されていない場合は、検出部104で検出されている人体に対して予め決められた順位付けを行い、順位が高い人体および紐づく顔の輝度差分オフセットさせた目標値で露出制御を行ってもよい(ステップS206)。ここで、予め決められた順位付けは、検出された顔または人体の検出順序、2次元座標が特定の領域付近、または画像中心からの距離、または大きさが大きいなどを考慮して順位付けを行ってもよい。
上述のステップS201〜S206の処理を実行することで、検出された人物が複数存在する場合においても適切に顔の輝度を考慮した露出制御を行うことができる。
(その他の実施形態)
本発明における制御の一部または全部を上述した実施形態の機能を実現するプログラム(ソフトウェア)をネットワーク又は各種記憶媒体を介して撮像装置や情報処理装置に供給するようにしてもよい。そしてその撮像装置や情報処理装置におけるコンピュータ(又はCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。
また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
10 カメラ
11 撮像部
12 CPU
13 メモリ
14 入力部
15 表示部
16 通信部

Claims (11)

  1. 画像を取得する取得手段と、
    前記画像から被写体を検出する第1の検出手段と、
    前記第1の検出手段により検出した前記被写体の輝度に応じて露出を制御する露出制御手段と、
    前記露出制御手段により露出制御された画像から前記被写体の一部を検出する第2の検出手段と、
    前記第1の検出手段が検出した前記被写体の第1の輝度と、前記第2の検出手段が検出した前記被写体の一部の第2の輝度との差分を記憶する記憶手段と、
    を備え、
    前記露出制御手段は、前記第2の検出手段により前記被写体の一部を検出した場合には、前記被写体の一部の輝度に応じて露出を制御し、前記第2の検出手段により前記被写体の一部を検出した状態からロストした状態となった場合には、前記第1の検出手段により検出した前記被写体の輝度と前記差分とに基づいてオフセットさせた輝度に応じて露出を制御することを特徴とする情報処理装置。
  2. シーン判定手段をさらに備え、
    前記シーン判定手段が逆光シーンと判断した場合に、前記記憶手段に記憶されている前記差分に応じてオフセットさせた輝度に応じて露出を制御することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 前記露出制御手段は、前記差分に応じて露出制御の速度を変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の情報処理装置。
  4. 前記露出制御手段は、前記差分が大きいほど露出制御の速度を早くすることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の情報処理装置。
  5. 前記第1の検出手段または前記第2の検出手段によって複数の対象が検出された場合は、所定の順序、大きさによって優先度を変更することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の情報処理装置。
  6. 前記第1の検出手段は人体を検出し、前記第2の検出手段は顔を検出することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の情報処理装置。
  7. 前記第2の検出手段により検出した顔から、人種、肌の色、又は各器官の特徴を識別する識別手段をさらに備え、
    前記露出制御手段は、前記識別手段により識別した複数の顔の情報から得られる統計データに応じてオフセットさせる輝度の範囲を変更することを特徴とする請求項6に記載の情報処理装置。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の情報処理装置を備えた撮像装置。
  9. 画像の露出を制御するための方法であって、
    画像を取得する取得ステップと、
    前記画像から被写体を検出する第1の検出ステップと、
    前記第1の検出ステップにより検出した前記被写体の輝度に応じて露出を制御する露出制御ステップと、
    前記露出制御ステップにより露出制御された画像から前記被写体の一部を検出する第2の検出ステップと、
    前記第1の検出すてが検出した前記被写体の第1の輝度と、前記第2の検出手段が検出した前記被写体の一部の第2の輝度との差分を記憶する記憶ステップと、
    を備え、
    前記露出制御ステップは、前記第2の検出ステップにより前記被写体の一部を検出した場合には、前記被写体の一部の輝度に応じて露出を制御し、前記第2の検出ステップにより前記被写体の一部を検出した状態からロストした状態となった場合には、前記第1の検出ステップにより検出した前記被写体の輝度と前記差分とに基づいてオフセットさせた輝度に応じて露出を制御することを特徴とする方法。
  10. コンピュータに、画像の露出を制御するための方法を実行させるためのプログラムであって、前記方法は、
    画像を取得する取得ステップと、
    前記画像から被写体を検出する第1の検出ステップと、
    前記第1の検出ステップにより検出した前記被写体の輝度に応じて露出を制御する露出制御ステップと、
    前記露出制御ステップにより露出制御された画像から前記被写体の一部を検出する第2の検出ステップと、
    前記第1の検出すてが検出した前記被写体の第1の輝度と、前記第2の検出手段が検出した前記被写体の一部の第2の輝度との差分を記憶する記憶ステップと、
    を備え、
    前記露出制御ステップは、前記第2の検出ステップにより前記被写体の一部を検出した場合には、前記被写体の一部の輝度に応じて露出を制御し、前記第2の検出ステップにより前記被写体の一部を検出した状態からロストした状態となった場合には、前記第1の検出ステップにより検出した前記被写体の輝度と前記差分とに基づいてオフセットさせた輝度に応じて露出を制御することを特徴とするプログラム。
  11. 請求項10に記載のプログラムを記憶したコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
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