JPH05137060A

JPH05137060A - 自動露光制御装置

Info

Publication number: JPH05137060A
Application number: JP3294603A
Authority: JP
Inventors: Yukie Goshima; 雪絵五島; Makoto Fujimoto; 眞藤本; Tsutomu Mori; 勉森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】高輝度の領域を飽和しにくくするように補正
し、また、高輝度領域の範囲がどの程度かを判別しやす
くすること。【構成】複数個の領域に分割された撮像素子3の、そ
れら領域の出力信号のレベル、及び撮像素子3の全領域
の出力信号のレベルをそれぞれ検出するレベル検出部1
1,12,13,14,15,16と、撮像素子3の中央部領域、及び撮
像素子の周辺部領域の出力信号のレベルをそれぞれ検出
するレベル検出部10,11と、レベル検出部11,12,13,14,1
5,16によって検出された出力信号のレベルから、分割さ
れた領域の出力信号の各レベルと全領域の出力信号のレ
ベルとの差を演算し、その差の内の最大値を得る全画面
コントラスト検出部17と、全画面コントラスト検出部17
の演算結果に対応して、撮像素子3の入射光を調整する
絞りを制御する絞り制御回路9とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラの自動露
光補正を行う自動露光制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビデオカメラ等の自動露光制御装
置は、出力映像信号レベルが一定になるように絞りを制
御する。絞り制御としては、１画面全体の平均をとる平
均値方式、画面中の最大値を検出するピーク値方式、及
び両者を混合した方式が行われている。以下に、図５を
用いて従来の自動露光制御装置の詳細を説明する。

【０００３】被写体像はレンズ１、絞り２を介して、撮
像素子３上に結像し、電気信号に変換され、γ処理など
を行う信号処理回路５を通して次段の回路に出力され
る。その際、撮像素子３からの信号を用いて、以下のよ
うに絞り制御を行う。平均値検出回路７およびピーク値
検出回路８はそれぞれ、１画面全体の輝度の平均値及び
ピーク値を検出し、絞り駆動回路９は、平均値検出回路
７及びピーク値検出回路８の検出結果に基づいて、絞り
２を駆動し自動的に撮像素子３への入射光量を調節す
る。

【０００４】しかし、画像信号の平均値による方法で
は、画像の輝度分布が広い場合、例えば明るい空を背景
にした人物のような画像を撮像した場合、逆光と呼ばれ
る撮像状態になる。これは、撮像対象の人物の輝度分布
が画像全体の輝度平均値に比して低いために、映像信号
中の人物に対応した信号の分布が映像信号の低い部分に
偏在し、再生画像中で黒くなる現象である。

【０００５】このような現象を避けるためには、前述の
撮像対象画像部分の映像信号中の分布を画像平均輝度で
制御された場合よりも高い値に補正する必要がある。例
えば、絞りを開放方向に補正して撮像対象部分の映像信
号レベルを高く保つようにすることで、逆光時における
画質を改善することができる。

【０００６】そこで、絞り駆動回路９の入力に入力切り
替え器を設け、逆光時にユーザが手動で切り替え信号を
与えることにより、予め設定された固定の制御量で絞り
制御を行う方法が考えられた。

【０００７】しかしこの構成では、ユーザの誤操作のた
めに適切な絞り制御ができないことがある。また、絞り
の制御量が固定しているため、画像毎に適した制御はで
きない。この問題を解決するためには、逆光状態を自動
的に判定し、各画像の逆光の強さに応じた補正を自動的
に行う必要がある。

【０００８】そこで、被写体があると思われる領域、例
えば中央部を測光し、背景とのレベル差から逆光状態を
判定し、判定された逆光状態に応じた補正を行う方法が
考えられた。この方法を用いた自動絞り装置としては、
例えば特開平2-18578 に示されている。図６を用いて、
前記絞り制御方式を説明する。第１、第２検波手段２
３、２４ではそれぞれ、画面の中央の第１領域とその周
辺の第２領域の各撮像素子の出力信号レベルを検出す
る。前記第１、第２検波手段２３、２４の出力はそれぞ
れ、増幅部３１、３２を通り、第１領域と第２領域のレ
ベルを比較する比較器３３により、逆光度合を判定す
る。すなわち、第１、第２検波手段２３、２４の出力信
号のレベルをそれぞれｘ、ｙとし、第１、第２の増幅部
３１、３２の増幅度をそれぞれ、ｍ，ｎとすると、（ｘ・ｍ）≧（ｙ・ｎ）のとき順光状態（ｘ・ｍ）＜（ｙ・ｎ）のとき逆光状態と判定する。

【０００９】一方、第１、第２、第３のゲート部２０、
２１、２２では、図７に示すような撮像素子３の画面が
３つに分割された領域ｔ１，ｔ２，ｔ３の各レベルを検
出し、それぞれ第１、第２、第３の利得制御部２５、２
７、２９を介して、加算部３４で３つの信号を合成す
る。第１、第２、第３の利得制御部２５、２７、２９の
増幅度は、前記比較器３３の出力を受けた第１、第２、
第３の制御部２６、２８、３０により制御される。絞り
制御部９は前記加算部３４の出力信号を所定レベルに保
つように絞り制御を行う。

【００１０】順光状態では、第１領域（中央）と第２領
域（周辺）のレベル差が小さいので、前記比較器３３に
より順光と判断される。このとき、第１、第２、第３制
御部２６、２８、３０は第１、第２、第３の利得制御部
２５、２７、２９の利得Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３をＧ１＞Ｇ２＞Ｇ３となるように設定する。ただし、Ｇ１はＧ２，Ｇ３に比
べ、わずかに大きい。従って、全画面平均輝度を一定に
する従来の全画面測光方式に近い絞り制御を行う。

【００１１】また、逆光状態では、中央の第１領域が周
辺の第２領域に比べて暗くなっているため、前記比較器
３３により逆光と判断される。このとき、第１、第２、
第３制御部２６、２８、３０は、Ｇ１＞＞Ｇ２＞Ｇ３となるように設定する。ただし、Ｇ１はＧ２，Ｇ３に比
べ、格段に大きい。このように、中央の領域の利得を周
辺の領域に比べて大きく設定し、中央重点の測光方式を
行うことで、逆光状態に応じた絞り制御を可能とした。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このような絞り制御の
場合、撮像対象としなかった背景画像中の高輝度部分が
撮像装置のダイナミックレンジを越えて飽和することを
承知しなければならない。従って、背景画像の輝度分布
によって、補正量を変える必要が生じる。

【００１３】しかしながら、従来の手法では、中央部と
その周辺部のレベル差のみから逆光度合を判定している
ため、中央部の輝度が同じ場合、中央部と周辺部とのレ
ベル差は周辺部の輝度に対応した大きさとなる。従っ
て、絞りの補正量がそのレベル差に対応して制御される
場合、高輝度領域の広さに関係なく周辺部のレベルが高
いほど補正の量が大きくなって、補正によって高輝度領
域が飽和しやすくなるという課題がある。

【００１４】また、周辺部全体で一つのレベルを使用し
ているため、レベルは同じでも特に高輝度な領域が狭い
範囲に存在するのか、高輝度領域が広い範囲を占めてい
るのかの区別ができず、高輝度領域の範囲がどの程度か
判別できないという課題がある。

【００１５】本発明は、従来のこのような課題を考慮
し、高輝度の領域を飽和しにくくするように補正し、ま
た、高輝度領域の範囲がどの程度かを判別しやすくする
自動露光制御装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、画面が複数個
の領域に分割された撮像素子の、それら領域の出力信号
のレベル、及び撮像素子の全領域の出力信号のレベルを
それぞれ検出する第１レベル検出手段と、撮像素子の中
央部領域、及び撮像素子の周辺部領域の出力信号のレベ
ルをそれぞれ検出する第２レベル検出手段と、第１レベ
ル検出手段によって検出された出力信号のレベルに基づ
いて、分割された複数個の領域の出力信号の各レベルと
全領域の出力信号のレベルとの差を演算し、その差の内
の最大値を得るレベル差演算手段と、そのレベル差演算
手段の演算結果に対応して、撮像素子の入射光を調整す
る絞りを制御する制御手段とを備えた自動露光制御装置
である。

【００１７】

【作用】本発明は、第１レベル検出手段が、複数個の領
域に分割された撮像素子、及び撮像素子の全領域の出力
信号のレベルを検出し、第２レベル検出手段が、撮像素
子の中央部領域、及び周辺部領域の出力信号のレベルを
検出し、第１レベル検出手段によって検出された出力信
号のレベルに基づいて、レベル差演算手段が、分割され
た複数個の領域の出力信号の各レベルと全領域の出力信
号のレベルとの差を演算し、その差の内の最大値を得
て、制御手段が、レベル差演算手段の演算結果に対応し
て、撮像素子の入射光を調整する絞りを制御する。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。

【００１９】図１は、本発明にかかる一実施例の自動露
光制御装置の構成ブロック図である。すなわち、ビデオ
カメラには、被写体像を作るレンズ１が設けられ、その
レンズ１の後に入射光量を調節するための絞りが配置さ
れ、レンズ１の結像位置に光像を電気信号に変換する撮
像素子３が設けられている。撮像素子３には、その出力
信号を増幅するためのアンプ４が接続され、そのアンプ
４にはγ処理などを行う信号処理回路５が接続されて、
信号処理回路５には処理した信号を次段回路に出力する
映像信号出力端子６が設けられている。

【００２０】又、撮像素子３には、図２、及び図３に示
すような、撮像素子３の画像から、背景領域、対象領
域、領域１Ｒ１、領域２Ｒ２、領域３Ｒ３、領域４Ｒ
４、及び全画面に指定された領域の信号を取り出すマス
ク作成回路２０が接続され、さらにマスク作成回路２０
はそれら領域の出力のレベルを検出するレベル検出回路
２１に接続されている。これらマスク作成回路２０及び
レベル検出回路２１によって上述のそれぞれの領域のレ
ベル検出部１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６
が形成されている。背景領域及び対象領域のレベル検出
部１０，１１が第２レベル検出手段を構成し、対象領
域、領域１Ｒ１、領域２Ｒ２、領域３Ｒ３、領域４Ｒ
４、及び全画面のレベル検出部１１，１２，１３，１
４，１５，１６が第１レベル検出手段を構成している。
それらの対象領域、領域１Ｒ１、領域２Ｒ２、領域３Ｒ
３、領域４Ｒ４、及び全画面のレベル検出部１１，１
２，１３，１４，１５，１６は、全画面のコントラスト
を検出する全画面コントラスト検出部１７に接続され、
その全画面コントラスト検出部１７は検出されたコント
ラストに基づいて、重みを演算する重み制御部１８に接
続されている。又、背景領域、及び対象領域のレベル検
出部１０，１１は、その検出したレベルに重み制御部１
８によって演算された重みをかける乗算器２２に接続さ
れ、乗算器２２はそれら重み付レベルを加算するための
演算部１９に接続されている。演算部１９はビデオカメ
ラの絞り２を調節するための絞り制御回路９に接続され
ている。

【００２１】上述の、重み制御部１８、乗算器２２、及
び演算部１９が補正量演算補正手段を構成している。

【００２２】次に上記実施例の動作について説明する。

【００２３】まず、被写体像はレンズ１、絞り２を介し
て、撮像素子３上に結像し、電気信号に変換される。変
換された信号は、アンプ４により増幅され、γ処理など
を行う信号処理回路５を通り、映像信号出力端子６に送
られる。この際、撮像素子３から得られた信号の一部
は、以下に説明する絞り制御を行うためにマスク作成回
路２０に入力される。。

【００２４】マスク作成回路２０は、撮像素子３からの
信号から、画面中で指定された領域の信号を取り出し、
その信号をレベル検出回路２１に送る。レベル検出回路
２１は、マスク作成回路で取り出された信号のレベル
（各領域の輝度の平均値）を検出して、対象領域、領域
１Ｒ１、領域２Ｒ２、領域３Ｒ３、領域４Ｒ４、及び全
画面の領域の信号レベルを全画面コントラスト検出部１
７に出力する。

【００２５】本実施例のマスク作成回路２０で指定され
る領域は、例えば図２、図３で示すように、全画面と、
中央の枠内領域すなわち対象領域と、対象領域周辺の領
域すなわち背景領域と、その背景領域を４つに分割した
各領域すなわち領域Ｒ１〜Ｒ４が用意されている。それ
ら領域毎にマスク作成回路とレベル検出回路を設け、各
領域のレベルを検出する。いま、レベル検出部１６、１
１、１０、１２、１３、１４、１５で検出された全画
面、対象領域、背景領域、領域Ｒ１〜Ｒ４の信号レベル
をそれぞれ、Ｅ_a，Ｅ_c，Ｅ_o，Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃，Ｅ₄とす
る。

【００２６】それら信号レベルを受け取った全画面コン
トラスト検出部１７は、全画面を分割した領域、すなわ
ち対象領域とＲ１〜Ｒ４の領域の信号レベル、Ｅ_c、
Ｅ₁，Ｅ ₂，Ｅ₃，Ｅ₄から逆光状態を（１）式のＹmaxに
よって判定する。Ｙmax ＝ｍａｘ（Ｅ_i−Ｅ_a） i=1〜4、ｃ（１）逆光状態の画像において、全画面平均輝度が一定で画面
の一部に高輝度部分が存在するとき、高輝度部分の画素
数が多いほど、その輝度レベルが低くなるので、高輝度
部分の画素数が多い場合は各領域で検出されるレベルの
最大値も低くなる。そのような、絞りを開放する方向に
補正することにより飽和する画素が多いと予想される場
合は、Ｙmax は小さい値となる。したがって、Ｙmaxを
逆光補正量として用いると、逆光補正により飽和する画
素数が多く見にくくなる画像、即ち大きく補正を行うの
が危険な画像に対して補正量を低く抑えることができ
る。

【００２７】次に全画面コントラスト検出部１７によっ
て検出された逆光状態での信号レベルの差の最大値Ｙma
xは（順光状態の場合は式（１）から明らかなようにＹm
axが小さな値になる。）、重み制御部１８に入力され
る。重み制御部１８は、前記全画面コントラスト検出部
１７の検出結果を用いて、対象領域Ｅ_cと背景領域Ｅ_oの
重み、Ｇ_c、Ｇ_oをそれぞれ算出する（重みＧ_c、Ｇ_oの関
係については図４参照）。

【００２８】算出された重み、Ｇ_c、Ｇ_oは乗算器２２に
よって、対象領域、背景領域それぞれのレベル検出部１
０、１１の出力にかけられ、重み付けされたレベルに変
換される。演算部１９はこれら２つの重み付けされたレ
ベルを加算して、重み付き平均値Ｙ＝Ｅ_c＊Ｇ_c＋Ｅ_o＊Ｇ_o を算出して、絞り制御回路９に出力する。

【００２９】絞り制御回路９は、算出された重み付平均
値Ｙに応じて、その値Ｙを所定の目標値に保つ様に絞り
制御を行う。

【００３０】ここで、Ｅ_c、Ｅ_oそれぞれの重みＧ_c，Ｇ_o
と全画面コントラスト検出部１７の出力Ｙmax の関係を
図４のように定義した時の動作を説明する。

【００３１】全画面コントラスト検出部１７の出力Ｙma
x が大の時（図面上右側）、すなわち、逆光状態の時、
Ｇ_cとＧ_oの比はＧ_c／Ｇ_o＞１となっており、対象領域には、より大きな重みがかけら
れている。このとき、重み付き平均値はＹ＝Ｅ_c＊Ｇ_c＋Ｅ_o＊Ｇ_o≒Ｅ_c＊Ｇ_c となり、対象領域の影響を大きく受け、中央重点測光と
なる。

【００３２】全画面コントラスト検出部の出力Ｙmax が
小の時（図面上左側）、すなわち、順光状態の時、Ｇ_c
とＧ_oの比はＧ_c／Ｇ_o＝１となっており、全画面均一の重みがかけられている。こ
のとき、重み付き平均値はＹ＝Ｅ_c＋Ｅ_o＝Ｅ_a 全画面平均値と等しくなり、平均値制御となる。

【００３３】また、Ｙmaxの大きさにより連続的にＧ_c／
Ｇ_o を変化できるので、逆光と順光の移行時に連続的な
制御が行える。

【００３４】このように、全画面コントラスト検出部１
７の出力Ｙmaxから中央重点度合を制御することによ
り、逆光判定に対応した連続的な絞り制御が可能にな
る。

【００３５】以上のように、画面を複数個に分割した領
域のレベルを検出することによって、従来の２領域分割
方法に比べ、検出する領域を小さくし、複雑な輝度分布
に対応できる信号レベルの検出を行うことができるの
で、画像内の輝度分布に応じた絞り補正量を得ることが
可能となり、その補正量により画像状態に応じて絞り制
御レベルを適応的に変化させることができる。

【００３６】なお、上記実施例では、制御手段である絞
り制御回路９は重み付補正された出力信号に基づいて絞
りを制御したが、これに代えてレベル差演算手段である
全画面コントラスト検出部１７によって検出された値に
基づいて絞りを制御するようにしてもよい。

【００３７】また、上記実施例では、絞り制御回路９で
絞りを制御して出力信号のレベルを補正したが、これに
代えてレベル差演算手段の演算結果に対応して、撮像素
子からの出力信号を変更する変更手段を設けて、補正を
行うようにしてもよい。

【００３８】また、上記実施例では、信号のレベルを検
出するための領域１〜４は背景領域を４分割して形成し
たが、これに限られず、高輝度領域が飽和しにくくなる
のであれば、幾つに分割してもよく、又分割する領域は
背景領域に限られない。

【００３９】また、上記実施例では、対象領域の信号レ
ベルは逆光状態を判定する場合に特に考慮しなかった
が、例えば被写体が対象領域から背景領域に少しずれた
場合など対象領域の信号レベルを考慮することができ、
それに対応した補正も可能である。

【００４０】また、上記実施例では、対象領域のレベル
検出部１１は、第１レベル検出手段及び第２レベル検出
手段で兼用としたが、これに替えて、別々に設けてもも
ちろんよい。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、高輝度の領域を飽和しにくくするように補正で
きるという長所がある。

【００４２】また、複数個に分割した周辺領域の出力信
号のレベルを検出するので、高輝度領域の範囲がどの程
度かを判別しやすくなるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施例の自動露光制御装置の
構成ブロック図である。

【図２】同装置のレベル検出部で抽出される対象領域、
背景領域の説明図である。

【図３】同装置のレベル検出部で抽出される領域Ｒ１〜
Ｒ４の説明図である。

【図４】全画面コントラスト検出部における逆光判定値
Ｙmax と対象領域と背景領域の各重みＧ_c，Ｇ_oの関係図
である。

【図５】従来の自動露光制御装置の構成ブロック図であ
る。

【図６】従来の自動露光制御装置の構成ブロック図であ
る。

【図７】図６に示される同装置のゲート部で抽出される
各領域の説明図である。

【符号の説明】

２絞り３撮像素子９絞り制御回路１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６レベル検
出部１８重み制御部１９演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画面が複数個の領域に分割された撮像素
子の、それら領域の出力信号のレベル、及び前記撮像素
子の全領域の出力信号のレベルをそれぞれ検出する第１
レベル検出手段と、前記撮像素子の中央部領域、及び前
記撮像素子の周辺部領域の出力信号のレベルをそれぞれ
検出する第２レベル検出手段と、前記第１レベル検出手
段によって検出された前記出力信号のレベルに基づい
て、前記分割された複数個の領域の出力信号の各レベル
と前記全領域の出力信号のレベルとの差を演算し、その
差の内の最大値を得るレベル差演算手段と、そのレベル
差演算手段の演算結果に対応して、前記撮像素子の入射
光を調整する絞りを制御する制御手段とを備えたことを
特徴とする自動露光制御装置。
【請求項２】画面が複数個の領域に分割された撮像素
子の、それら領域の出力信号のレベル、及び前記撮像素
子の全領域の出力信号のレベルをそれぞれ検出する第１
レベル検出手段と、前記撮像素子の中央部領域、及び前
記撮像素子の周辺部領域の出力信号のレベルをそれぞれ
検出する第２レベル検出手段と、前記第１レベル検出手
段によって検出された前記出力信号のレベルに基づい
て、前記分割された複数個の領域の出力信号の各レベル
と前記全領域の出力信号のレベルとの差を演算し、その
差の内の最大値を得るレベル差演算手段と、そのレベル
差演算手段の演算結果に対応して、前記中央部領域及び
前記周辺部領域の前記出力信号のレベルに対する補正量
を演算し、その補正量によって前記第２レベル検出手段
によって検出された前記中央部領域及び前記周辺部領域
の前記出力信号のレベルを補正する補正量演算補正手段
と、その補正量演算補正手段で補正された出力信号に基
づいて、前記撮像素子の入射光を調整する絞りを制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とする自動露光制御装
置。
【請求項３】画面が複数個の領域に分割された撮像素
子の、それら領域の出力信号のレベル、及び前記撮像素
子の全領域の出力信号のレベルをそれぞれ検出する第１
レベル検出手段と、前記撮像素子の中央部領域、及び前
記撮像素子の周辺部領域の出力信号のレベルをそれぞれ
検出する第２レベル検出手段と、前記第１レベル検出手
段によって検出された前記出力信号のレベルに基づい
て、前記分割された複数個の領域の出力信号の各レベル
と前記全領域の出力信号のレベルとの差を演算し、その
差の内の最大値を得るレベル差演算手段と、そのレベル
差演算手段の演算結果に対応して、前記撮像素子からの
出力信号を変更する変更手段と、その変更された信号を
映像信号に変換する処理回路とを備えたことを特徴とす
る自動露光制御装置。
【請求項４】複数個に分割された領域は、少なくとも
前記周辺部領域が更に分割された領域を含むものである
ことを特徴とする請求項１、２、又は３記載の自動露光
制御装置。