CN101621631B - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像装置，能将脸区域校正为适当的亮度，并且能保持背景的灰阶。为此，本发明的摄像装置包括用于对图像数据进行摄像的摄像机构；对上述图像数据进行γ校正的γ校正部；根据上述图像数据检测脸区域的脸区域检测机构；测光机构，其将通过脸区域检测机构检测的人物的脸区域作为测光区域而进行测光；以及曝光控制机构，其根据测光机构的输出结果计算目标曝光量，基于目标曝光量进行曝光控制，该摄像装置还包括确定对应于目标曝光量的灰阶特性的γ校正控制部，根据γ校正控制部确定的灰阶特性控制上述γ校正部。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及摄像装置。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，有JP特开2007-180892号文献(专利文献1)。在该文献中记载了“照相机包括脸检测电路，γ校正控制部，和图像信号处理电路。脸检测电路根据已输入的图像信号检测脸，计算包括已检测的脸的脸区域的亮度变化评价值。γ校正控制部根据脸检测部计算的亮度变化评价值，确定灰阶特性。图像信号处理电路根据γ校正控制部确定的灰阶特性，进行已输入的图像信号的γ校正。”。

专利文献1：JP特开2007-180892号文献

发明内容

静止图像，动图像摄影用的数字照相机已普及起来，任何人均可简单地获得良好的图像。由于在上述图像中最频繁地摄影的被摄体为人物，故具有自动地识别人物的脸，将照相机的设定进行最佳化这样的脸识别·最佳化功能的照相机增加。

搭载于这样的照相机中的脸识别功能对预先存储于照相机内的存储器中的图案和输入图像进行核对，检测在画面内存在脸的区域(在下面称为“脸区域”)。作为存在于所检测的脸区域的信息，有区域的位置，测光量，颜色等，根据这些信息在对所检测的脸区域进行摄影时自动地进行适当的处理。在这里，作为适当的处理，可列举下述这样的处理作为例子。包括进行使脸区域成为适当的亮度这样的处理，以脸区域为优先进行对焦，调整白平衡使脸区域成为适当的颜色，改变颜色信号的设定使肌肤色的显色良好等。

这里，列举为适当的处理的第1号的，自动地将脸区域校正为适当的亮度的技术，对于用户来说必要度较高。在对人物进行摄影时，逆光状态等的背景和人物的亮度差增大的状态经常发生，但是在这样的场合受到背景的亮度的影响很大，有时人物的亮度不能成为适当的。另外，还可以考虑用手动方式对其进行校正使其成为适当的亮度，但用手动方式进行补正很复杂，一般的用户难以校正。

针对该情况，作为自动地将脸区域校正为适当的亮度的技术，有根据脸区域的测光结果而计算出的目标曝光量改变曝光控制(光圈，快门，AGC电路(自动增益电路)的适当的控制)的方法。但是，由于曝光控制值为一样地改变摄影图像整体的亮度的值，故存在脸区域的亮度适当但是背景的亮度不适当，产生高光溢出(白トビ)暗影溢出(黑ツブレ)的情况。

作为自动地将脸区域校正为适当的亮度，并且防止背景的高光溢出和暗影溢出的技术，有根据基于脸区域的测光量而计算出的目标曝光量，改变γ校正控制的方法。γ校正控制是改变摄影图像的灰阶特性的技术，通过对其适当地进行控制能同时确保脸区域的亮度和背景的灰阶。

作为根据利用脸识别功能所检测的脸区域的信息，通过γ校正控制改变灰阶特性的技术，例如有“专利文献1”。“专利文献1”为通过计算脸区域内的亮度差，适用与此相应的灰阶特性，即使在脸区域内具有亮度差的情况下也能够形成适当的亮度的技术。但是在该方法中，由于仅仅将脸区域的亮度差作为γ校正控制的判定基准，故没有怎么考虑背景亮度的灰阶的再现性。

如上述那样，在人物的摄影中，为了同时确保人物的脸的亮度和背景的灰阶，需要根据脸区域的信息适当地控制曝光控制和γ校正控制，设定与摄影图像相应的曝光控制值和灰阶特性。

由于现有的脸识别·最佳化功能仅仅以脸区域的亮度差作为γ校正的判定基准，故未考虑背景亮度的灰阶的再现性。

本发明的目的在于提供高画质的摄像装置。例如，提供将脸区域校正为适当的亮度，并且能保持背景的灰阶的摄像装置。

为了解决上述目的，采用权利要求书中记载的方案。

按照本发明，能提供高画质的摄像装置。例如，通过适当地设定曝光控制值和灰阶特性，能适当地对脸区域的亮度进行校正的同时，保持背景的灰阶。另外，由于能根据例如脸区域的尺寸改变灰阶特性，故能提供根据摄影场景保持最佳的灰阶特性的照相机。

上述以外的课题，方案和效果，通过下面的实施方式的说明会明确。

附图说明

图1为本发明的照相机的一个实施方式的方框结构图；

图2为说明不破坏背景的灰阶，将脸区域校正为适当的亮度的处理的图；

图3为表示本发明的一个实施方式的脸区域的测光结果的目标曝光量的图；

图4为表示本发明的一个实施方式的目标曝光量的曝光控制值的图；

图5为表示本发明的一个实施方式的目标曝光量的γ系数的图；

图6为表示本发明的一个实施方式的γ系数增加时的灰阶特性的变化的图；

图7为表示本发明的一个实施方式的γ系数减少时的灰阶特性的变化的图。

标号的说明：

标号1表示照相机镜头；

标号2表示光圈；

标号3表示摄像元件；

标号4表示AGC电路(自动增益控制电路)；

标号5表示A/D转换电路；

标号6表示图像处理电路；

标号7表示γ校正部；

标号8表示编码器；

标号9表示D/A转换电路；

标号10表示脸检测部；

标号11表示脸区域面积计算部；

标号12表示曝光控制部；

标号13表示测光部；

标号14表示目标曝光计算部；

标号15表示存储器；

标号16表示目标曝光阈值；

标号17表示AGC控制部；

标号18表示光圈控制部；

标号19表示镜头控制部；

标号20表示快门控制部；

标号21表示快门；

标号22表示γ校正控制部。

具体实施方式

下面通过附图，对本发明的实施方式进行说明。

【实施例1】

图1为表示本发明的照相机的一个实施方式的组成图，标号1表示照相机镜头，标号2表示光圈，标号3表示摄像元件，标号4表示AGC电路(自动增益控制电路)，标号5表示A/D转换电路，标号6表示图像处理电路，标号7表示γ校正部，标号22表示γ校正控制部，标号8表示编码器，标号9表示D/A转换电路，标号10表示脸检测部，标号11表示脸区域面积计算部，标号12表示曝光控制部，标号13表示测光部，标号14表示目标曝光计算部，标号15表示存储器，标号16表示目标曝光阈值，标号17表示AGC控制部，标号18表示光圈控制部，标号19表示镜头控制部，标号20表示快门控制部，标号21表示快门。

在图1中，快门控制部20在照相机的快门按钮被按下时，控制快门21。照相机镜头1由聚焦(focus)透镜，变焦透镜构成，由镜头控制部19控制。光圈2由光圈控制部18控制，调节来自照相机镜头1的入射光量。摄像元件3为CMOS摄像元件等，对通过照相机镜头1成像于拍摄面上的被摄体像进行光电转换，输出模拟形式的摄像信号(模拟摄像信号)。AGC电路4由AGC控制部17控制，将该模拟摄像信号放大到规定的电平。A/D转换电路5将用AGC电路4放大的模拟摄像信号转换为数字形式的摄像信号(数据摄像信号)。图像处理电路6包括γ校正部7，γ校正控制部22，根据作为A/D转换电路5的输出的数字摄像信号，形成数字亮度信号和数字颜色信号，进行γ校正处理，边缘强调处理，噪声降低处理，白平衡等的各种信号处理。编码器8根据从图像处理电路6输出的数字亮度信号和数字颜色信号，形成NTSC方式等的符合标准电视方式的数字电视信号。数字电视信号由图中未示出的记录再生电路，记录于例如光盘(例如，BD(Blu-rayDisc)、DVD)，硬盘(HDD)，半导体存储器(内置式/装卸式)等的记录媒体中，另外，进行再生。D/A转换电路9将该数字电视信号转换为模拟方式的标准电视信号。

脸检测部10按照下面的顺序，检测包含在摄像元件3所输出的图像信号中的脸检测区域。首先，脸检测部10从输入到图像处理电路6中的图像信号中，抽取肌肤色的区域。接着，对已抽取的区域，根据亮度变化进行轮廓线抽取，相对地在两眼和嘴的位置的配置中，确认是否存在两眼和嘴。在存在两眼和嘴的场合，将围绕该区域的矩形的区域作为脸区域来检测。另外，脸区域面积计算部11通过下式，计算该脸区域占据摄影画面中的比例。在设摄影时的摄像元件3的有效像素数量为d1，脸区域中所占据的像素数量为d2时，脸区域面积S成为S＝d2/d1。在检测出多个脸区域的场合，例如，取该多个脸区域的总和为脸区域中所占据的像素数量d2。

曝光控制部12包括测光部13和目标曝光计算部14，根据由测光部对脸区域的图像信号进行测光的测光结果，计算目标曝光量，在确定了依照目标曝光量的曝光控制值之后，控制AGC控制部17、光圈控制部18和快门控制部20，使得输入到图像处理电路6中的数字摄像信号为相当于该曝光控制值的值。

图3为表示脸区域的测光结果与目标曝光量I之间的关系的一个实例的图。在目标曝光量中设定目标曝光判断值c1，c2。具体内容将在后面说明。

图4为表示目标曝光量I和曝光控制值R之间的关系的一个实例的图。在目标曝光量I大于c2，而小于c1的场合，曝光控制值R对应于目标曝光量I而动态地变化。在目标曝光量I为c 1以上的场合，将曝光控制值R固定在曝光控制最大值r1，在目标曝光量I为c2以下的场合，将曝光控制值R固定在曝光控制最小值r2。

图5为表示目标曝光量I和为了确定灰阶特性而使用的γ系数G的关系的图。在本发明中，为了使目标曝光量I和灰阶特性发生关系，首先，计算与目标曝光量I相对应的γ系数G，根据该γ系数G确定灰阶特性。例如，在目标曝光量I大于c2而小于c1的场合，γ系数G固定在作为与脸检测部未检测脸区域的场合(在下面称为“通常时”)相同的值的g1。在目标曝光量I在c1以上，或在c2以下的场合，根据目标曝光量I和脸区域的面积，动态地改变γ系数G。

图6，图7表示与γ系数G相应的灰阶特性的一个实例。图6表示γ系数G大于通常时的系数g1的情况(图5所示的ga的区域)，改变灰阶特性，使得伴随γ系数G的增加，如L3，L4，L5……那样，扩大中间部的灰阶。图7表示γ系数G小于通常时的系数g1的情况(图5所示的gb的区域)，改变灰阶特性，使得伴随γ系数G的减小，如L3，L6，L7……那样，使中间部的灰阶变小。

下面对本发明的实施例的动作进行说明。

照相机镜头1将被摄体像成像于摄像元件3的拍摄面上。接着，摄像元件3将与该被摄体像的亮度相对应的光信号光电转换为电信号，由此，将其作为模拟摄像信号而输出。该模拟摄像信号在由AGC电路4而放大为规定的信号电平之后，由A/D转换电路5转换为数字摄像信号，供给到图像处理信号6。

此时，对输入到图像处理电路6中的数字摄像信号，脸检测部10检测脸区域，按照图2所示的处理步骤进行处理，使得该脸区域成为适当的亮度。首先，对于由脸检测部10检测的脸区域的图像信号，由设置于曝光控制部12中的测光部13进行测光，根据该测光结果，由目标曝光计算部14计算目标曝光量I(S2)。该测光结果和目标曝光量I之间的关系可使用例如图3所示的特性。

在这里，在目标曝光量I小于目标曝光判定值c1，而大于目标曝光判定值c2的场合(S3)，曝光控制部12根据目标曝光量I计算曝光控制值R，使用该曝光控制值R，控制光圈控制部18、快门控制部20、AGC电路控制部17。另一方面，γ校正控制部22将作为γ系数的g1设定于γ校正部7中。该γ系数g1为与通常时相同的值，象图5所示的那样，为固定值。使用该γ系数g1，γ校正部7进行数字图像信号的γ校正处理(S4)。这是脸区域的亮度的校正幅度少量即可的情况，此时，即使通过曝光控制值一样地改变摄影图像整体的亮度，背景的灰阶被破坏的可能性仍是低的。因此，γ校正控制与通常情况相同，仅仅通过曝光控制值R对亮度进行校正，由此，可在使背景的灰阶为适当的值的同时，同样对于脸区域的亮度也使其成为最佳的设定。

在目标曝光量I大于目标曝光判定值c1的场合(S5)，曝光控制部12将曝光控制值R固定在曝光控制最大值r1，将其设定在光圈控制部18，快门控制部20，AGC电路控制部17中。另一方面，γ补偿控制部22设定与目标曝光量I和脸区域面积S相对应的灰阶特性，γ校正部7按照该灰阶特性进行数字摄像信号的γ校正处理(S6)。这是例如，作为被摄体的人物在较强的逆光状态被拍摄，必须大幅度地提高脸区域的亮度对其进行校正等的情况，此时，如果仅仅通过曝光控制值R进行校正，则具有背景发生高光溢出的可能性。为此，将曝光控制值R固定在背景不产生高光溢出的值(曝光控制最大值r1)。另外，通过γ校正控制来改变灰阶特性，由此，进行靠曝光控制不够充分的亮度的校正。由此，可在使脸的亮度为适当值的同时，保持背景的灰阶。

另外，在设定灰阶特性时，象下面所述的那样同时进行与脸区域的面积相应的控制，由此，能够设定更适当的灰阶特性。

首先，在脸区域面积S小于规定的阈值k的场合(S8)，γ校正控制部22设定接近通常时的灰阶特性的L3(S9)。这是人物在逆光状态被拍摄，并且在画面中背景所占据的比例较大的情况。此时可以认为用户更加重视背景的灰阶，但是如果采用适合脸区域的亮度的灰阶特性则存在背景成为高光溢出的情况。为了防止该情况，采用接近通常时的灰阶特性。

接着，在脸区域面积S大于阈值k，并且小于规定的阈值m的场合(S10)，γ校正控制部22设定在将中间部的灰阶稍扩大的L4(S11)。这是人物在逆光状态被拍摄，并且背景和人物在画面中占据的比例为一半的情况。这是想要保留背景和人物两者的灰阶的场合。此时，采用与前一场合相比更重视脸区域的亮度的灰阶特性，使得脸区域更加明亮地映现。但是，进行不过于提高灰阶的设定，以便背景不发生高光溢出。

最后，在脸区域面积S大于规定的阈值m的场合(S10)，γ校正控制部22设定在将中间部的灰阶大大扩大的L5(S12)。这是人物在逆光状态被拍摄，并且人物在画面中所占据的比例较大的情况。由于此时可以认为用户更加重视人物的灰阶，故采用与脸区域的亮度相应的灰阶特性。

在目标曝光量I小于规定的阈值c2的场合(S5)，曝光控制部12根据目标曝光阈值c2计算曝光控制值，将其设定在光圈控制部18，快门控制部20，AGC电路控制部17中，另一方面，γ校正控制部22设定与目标曝光量I和脸区域面积S相应的灰阶特性，γ校正部7按照该灰阶特性进行数字摄像信号的γ校正处理(S13)。这是例如，在较暗的背景中人物曝露于较强的聚光灯下的状态被拍摄等的情况，要大幅度地降低脸区域的亮度进行校正的场合，此时，如果仅仅通过曝光控制值R进行校正则具有背景产生暗影溢出的可能性。为此，曝光控制值R固定在背景不产生暗影溢出的值(曝光控制最小值r2)。另外，通过借助γ校正控制改变灰阶特性，对靠曝光控制没有降低的亮度进行校正。由此，能够在使脸的亮度适当的同时，保持背景的灰阶。另外，在设定灰阶特性时，象下述那样同时进行与脸区域的面积相应的面积的控制，由此能够设定更适当的灰阶特性。

首先，在脸区域面积S小于规定的阈值k的场合(S15)，γ校正控制部22设定接近通常时的灰阶特性的L3(S16)。这是人物在较暗的背景中曝露于聚光灯下的状态被拍摄的场合。在象这样，在画面中背景占据的比例较大的场合，可以认为用户更重视背景的灰阶，但是如果采用与脸区域的亮度相对应的灰阶特性则背景产生暗影溢出。为了防止该情况，采用接近通常时的灰阶特性。

然后，在脸区域面积S大于阈值k，而小于规定的阈值m的场合(S17)，γ校正控制部22设定在将中间部的灰阶稍稍变小的L6(S11)。这是人物在较暗的背景中曝露于聚光灯下的状态被拍摄，并且在画面中背景和人物占据的比例为一半的场合。这是想要保留背景和人物中的两者的灰阶的场合。此时，采用与前一场合相比更重视脸区域的灰阶的灰阶特性，使脸区域变暗来抑制高光溢出。但是，进行不过于降低灰阶的设定，以便背景不产生暗影溢出。

在脸区域面积S大于规定的阈值m的场合(S17)，γ校正控制部22设定在大大地使中间部的灰阶变小的L7(S12)。这是人物在曝露于聚光灯下的状态被拍摄，并且在画面中人物占据的比例较多的场合。此时可以认为用户更重视人物的灰阶，故进一步使脸区域暗形成完全抑制高光溢出的灰阶特性。

目标曝光判定值c1为以输入到图像处理电路6中的数字摄像信号中的，亮度高的信号的灰阶不破坏的程度为目标而预先设定的值。另外，目标曝光判定值c2为以输入到图像处理电路6中的数字摄像信号中的，亮度低的信号的灰阶不破坏的程度为目标而预先设定的值。该目标曝光判定值c1和目标曝光判定值c2是作为照相机在制造阶段设定的值，但是，也可以是根据用户的喜好能够通过手动来设定。也可以是例如，在照相机所具有的显示画面中，使用户选择针对脸区域进行曝光控制的程度。在选择了加强针对脸区域进行曝光控制的程度的场合，提高目标曝光判定值c1，而降低目标曝光判定值c2。在此场合，能够在基于脸区域的测光结果的目标曝光量的较宽范围内动态地设定曝光控制值。与此相反，在选择了减弱针对脸区域进行曝光控制的程度的场合，降低目标曝光判定值c1，而提高目标曝光判定值c2。在此场合，能够在基于脸区域的测光结果的目标曝光量的较窄范围内动态地设定曝光控制值。

另外，脸区域面积的判断所使用的规定的阈值k是脸区域在画面中所占据的比例小，背景占据画面的几乎全部的场合的阈值，m是以进行人物的半身拍摄(bust shot)时为目标的阈值。这些阈值k和m为作为照相机而在制造阶段中设定的值，但是，也可以是根据用户的喜好能够通过手动来设定。也可以是例如，在照相机所具有的显示画面中，使用户选择进行脸区域面积的判断的程度。在选择了加强脸区域面积的判断的程度的场合，减小阈值k和m，增加与脸区域面积相应的灰阶特性的变化。与此相反，在选择了减弱脸区域面积的判断的程度的场合，增加阈值k和m，减小与脸区域面积相应的灰阶特性的变化。

此外，γ校正控制部所控制的灰阶特性不仅包括亮度的灰阶特性，也可以还包括颜色的灰阶校正。如果仅仅改变亮度的灰阶校正，则存在取决于场面颜色和亮度的构成比变化，摄影图像的颜色变淡或加深的可能性。通过同时改变亮度和颜色的灰阶校正，能够将摄影图像的颜色保持在适当的颜色。

还有，也可以是对应于测光部计算出的测光结果，γ校正控制部22所设定的灰阶特性，而相应地改变噪声去除处理，信号强调处理，色差信号处理等的各种处理。存在当灰阶特性改变时噪声的发生方式不同的情况。根据灰阶特性的变化，在噪声降低的场合较强地进行信号强调处理，而在噪声增加的场合较强地进行噪声去除处理，通过这样的相应的处理能获得更高品质的图像。

另外，上述实施例检测脸，但是，通过与上述实施例相同的结构和动作，也可以应用于脸以外的特定的被摄体。在此场合，可采用各种检测特定被摄体的技术，其具体的说明省略。

还有，本发明并不限于上述实施例，包括各种的变形例。例如，上述实施例是为了按照容易理解的方式对本发明进行说明而详细说明的实例，但是并不必限于包括已说明的全部结构的方案。另外，关于实施例的结构的一部分，可进行其它的代替结构的增加，删除，置换。

另外，在上述各个结构，它们的一部分，或全部既可由硬件构成，也可按照通过由处理器运行程序而实现的方式构成。另外，控制线，信息线给出了被认为在说明上必要的线，但是在产品中并不一定限于具有全部的控制线，信息线。实际上，也可认为将几乎全部的结构是相互连接的。

Claims (4)

1.一种摄像装置，包括对被输入的图像进行γ校正的γ校正部，其特征在于，该摄像装置包括：

摄像机构，用于输入对应于被摄体的图像数据；

脸检测机构，根据被输入的图像检测脸，该脸检测机构包括计算包含已检测的所述脸的脸区域的面积的脸区域面积计算机构；

测光机构，将由所述脸检测机构检测的人物的脸作为测光区域进行测光；

曝光控制机构，根据所述测光机构的人物的脸的测光结果，计算目标曝光量，根据该计算出的目标曝光量计算曝光控制值；和

γ校正控制部，根据目标曝光量和所述脸区域的面积确定灰阶特性；

所述γ校正部使用所述γ校正控制部所确定的灰阶特性，对所输入的图像进行γ校正。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，包括存储图像处理所需的数据的存储器，在所述存储器中存储可设定的目标曝光判定值和曝光控制阈值。

3.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，所述γ校正控制部使所述目标曝光量在由所述目标曝光判定值所确定的范围内时的灰阶特性，与在由目标曝光判定值所确定的范围以外时的灰阶特性不同。

4.一种摄像装置，其特征在于，包括：

对被摄体进行摄像，输出图像数据的摄像机构；

检测机构，根据所述摄像机构输出的图像数据检测特定的被摄体；

曝光控制机构，使用与所述检测机构检测到的特定的被摄体相对应的图像数据，判断目标曝光值是否在由规定的判定值所确定的范围内来进行曝光控制；

γ校正机构，对所述摄像机构所输出的图像数据进行γ校正；和

控制机构，其进行控制，使得在所述曝光控制机构在由所述判定值所确定的范围外进行曝光控制的场合，和所述曝光控制机构在由所述判定值所确定的范围内进行曝光控制的场合，使所述γ校正机构所进行的γ校正的灰阶特性不同，

所述检测机构包括特定被摄体面积计算机构，其计算与所述特定的被摄体相对应的图像数据相对所述图像数据整体的面积比例，

所述控制机构进行控制，使得在所述曝光控制机构在由所述规定的判定值所确定的范围外进行曝光控制的场合，根据所述特定被摄体面积计算机构计算的面积的比例使所述γ校正机构所进行的γ校正的灰阶特性不同。

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