JP2000092383A - 画像入力装置、画像入力方法、透過フィルタ調整方法、透過フィルタ測定方法及び画像出力方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、撮像素子のダイナミックレンジが狭
いものであっても、コントラストの大きい画像を撮像す
ることが可能な画像入力技術を提供する。 【解決手段】光学像が、選択的に光透過率を変更可能な
透過フィルタ３を経て、撮像素子４に結像されるように
なっているので、たとえば画像の高輝度な領域だけ部分
的に透過フィルタ３の透過率を低くして、それにより低
輝度の領域とのコントラスト差を小さくし、撮像素子の
ダイナミックレンジをフルに活用することができる。一
方、画像再生時には、透過率に応じて画像信号を増大さ
せてやれば、高輝度の画像領域も忠実に再現され、それ
により画質を向上させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像入力技術に関
し、特に画像入力装置のダイナミックレンジを実質的に
拡張させることができる画像入力技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子技術の向上に伴い、撮像した画像を
デジタルデータに変換して記憶するデジタルスチルカメ
ラ（画像入力装置）が開発され、既に市販されている。
ユーザーは、デジタルスチルカメラにより撮像した画像
を、たとえば自分のパソコンのディスプレイに表示で
き、またプリンタを介してプリントできるため、その応
用範囲は広いものとなっている。

【０００３】デジタルスチルカメラに装備された光電変
換手段としての固体撮像素子は、複数の画素から構成さ
れている。デジタルスチルカメラの撮像時には、被写体
像にかかる露光量に応じて各画素が電荷を蓄積し、かか
る電荷に基づき一連の電気信号を形成するという、いわ
ゆる光電変換を行うようになっている。かかる電気信号
を用いれば、元の被写体の画像を再生することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、デジタルス
チルカメラにおいて通常用いられている撮像素子の画素
の特性に関して、以下に述べるような問題がある。たと
えば画素に対する露光量が一定値を超えると、画素内に
蓄積された電荷が飽和状態になり、それ以上の電荷蓄積
が不可能となってしまう。従って、レベルが異なる高輝
度部分を有する画像であっても、同一の輝度で再生され
る恐れがある。一方、露光量が減少するにつれ、撮像素
子の出力信号に含まれるノイズが増大するという問題も
ある。このような問題は、被写体が概一様に明るい又は
暗い場合には、シャッタ速度や絞り値を調整して最適な
露光量を設定することにより、ある程度解消することが
可能である。

【０００５】ところが、露光量を調整するだけでは、適
切な画像が得られない場合がある。たとえば晴天時にお
ける屋外出の撮像等、比較的コントラストが高い条件下
で撮像する場合、日光が当たる被写体部分と、影となる
被写体部分とでは、被写体の明るさが大きく異なる。従
って、日光が当たる被写体部分についての画素が飽和し
ない程度に露光量を制限すると、影となる被写体部分の
露光量が不足となるため、かかる部分の画像については
ノイズが大きくなってしまう。これに対し、影となる被
写体部分について十分な露光量が得られる程度に露光量
を増大させると、日光が当たる被写体部分についての画
素が飽和して、かかる部分の画像が不適切なものとなっ
てしまう。

【０００６】更に、撮像素子の使用態様によっては、ス
ミア現象（極端に明るい光が撮像素子に入力されると、
画素からあふれた電荷が転送路方向に流れ、光の線が生
じる現象）が生じ、画質が低下する恐れがある。

【０００７】これに対し、露光量が不足した状態で生じ
るノイズを低減させるべく、たとえばノイズスライス技
術のような画像処理方法が開発されている。かかるノイ
ズスライス技術によれば、画像のエッジ成分について大
きい部分はより強調し、小さい部分についてはより弱め
ることにより、画像にメリハリをつけ、ある程度画質を
向上することが可能である。

【０００８】しかしながら、かかるノイズスライス技術
は、撮像によって得られた画像信号を補正する画像処理
であるため、画像信号自体に画像を再生するための情報
が十分に含まれていない場合、ノイズスライス技術を用
いても画像を忠実に再現することは困難である。また、
微小なコントラストのある部分については、ノイズスラ
イス技術に基づいて修正された画像と、元の画像とで、
異なる恐れがあることが指摘されている。

【０００９】更に、従来から使用されている銀塩フィル
ムにおいては、１０００〜１００００：１程度のコント
ラスト記録容量を有するのに対し、デジタルスチルカメ
ラ等に用いられる撮像素子では、１００：１程度のコン
トラスト記憶容量（ダイナミックレンジ）しか有してい
ない。従って、高輝度の物体（たとえば太陽）を含む情
景や、逆光下での情景等のような特殊な撮像条件下で撮
像された画像に関しては、銀塩写真に比肩するほどの画
質を、デジタルスチルカメラの画像プリントにおいて達
成することは困難であるといえる。

【００１０】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑
み、撮像素子のダイナミックレンジが狭いものであって
も、コントラストの大きい画像を撮像することが可能な
画像入力技術を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明の画像入力装置は、光学像を電気信号に変換
する光電変換装置を有する画像入力装置であって、光学
像は、選択的に光透過率を変更可能な透過フィルタを経
て、光電変換装置に結像されることを特徴とする。

【００１２】本発明の画像入力方法は、画像を撮像する
ステップと、前記撮像に基づき、透過フィルタの特性を
設定するステップと、設定された前記透過フィルタを介
して前記画像を撮像するステップとを有することを特徴
とする。

【００１３】本発明の透過フィルタ調整方法は、撮像素
子の画素に対応する、透過フィルタの領域の透過率を部
分的に変更するステップと、前記透過フィルタを介し
て、概一様な画像を撮像するステップと、前記撮像結果
に基づいて、前記透過フィルタと前記撮像素子の位置関
係を求めるステップとを有することを特徴とする。

【００１４】本発明の透過フィルタ測定方法は、撮像素
子の画素に対応する、透過フィルタの領域を段階的に不
透過にするステップと、前記透過フィルタを介して、概
一様な画像を撮像するステップと、前記撮像結果に基づ
いて、前記透過フィルタの特性を求めるステップとを有
することを特徴とする。

【００１５】本発明の画像出力方法は、少なくとも部分
的に光の透過率を変更可能な選択フィルタを介して、固
体撮像素子により撮像した被写体画像を出力する画像出
力方法であって、前記固体撮像素子の各画素に対応する
前記透過フィルタの領域の透過率に基づいて、前記画素
の出力信号の増幅率を決定するステップと、決定された
増幅率で前記出力信号を増幅するステップと、増幅され
た前記出力信号に基づき、画像を形成するステップとを
有することを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明の画像入力装置によれば、光学像が、選
択的に光透過率を変更可能な透過フィルタを経て、光電
変換装置に結像されるようになっているので、たとえば
画像の高輝度な領域だけ部分的に透過フィルタの透過率
を低くして、それにより低輝度の領域とのコントラスト
差を小さくし、撮像素子のダイナミックレンジをフルに
活用することができる。一方、画像再生時には、透過率
に応じて画像信号を増大させてやれば、高輝度の画像領
域も忠実に再現され、それにより画質を向上させること
が可能となる。

【００１７】本発明の画像入力方法によれば、画像を撮
像するステップと、前記撮像に基づき、透過フィルタの
特性を設定するステップと、設定された前記透過フィル
タを介して前記画像を撮像するステップとを有するの
で、たとえば最初の撮像で、画像の高輝度な領域を求
め、かかる領域に関して部分的に透過率を低くするよう
に透過フィルタの特性を設定すれば、低輝度の領域との
コントラスト差が小さくなって、撮像素子のダイナミッ
クレンジをフルに活用することができる。一方、画像再
生時には、透過率に応じて画像信号を増大させてやれ
ば、高輝度の画像領域も忠実に再現され、それにより画
質を向上させることが可能となる。

【００１８】上述したような透過フィルタの透過率制御
領域と、撮像素子の各画素とは、光軸方向に精密に合致
している必要があるが、画素等が微小であることから、
透過フィルタと撮像素子の位置決めは困難である。これ
に対し、本発明の透過フィルタ調整方法によれば、撮像
素子の画素に対応する、透過フィルタの領域の透過率を
部分的に変更するステップと、前記透過フィルタを介し
て、概一様な画像を撮像するステップと、前記撮像結果
に基づいて、前記透過フィルタと前記撮像素子の位置関
係を求めるステップとを有するので、撮像素子の出力信
号から位置決めが比較的容易に行えるようになってい
る。

【００１９】本発明の透過フィルタ測定方法によれば、
撮像素子の画素に対応する、透過フィルタの領域を段階
的に不透過にするステップと、前記透過フィルタを介し
て、概一様な画像を撮像するステップと、前記撮像結果
に基づいて、前記透過フィルタの特性を求めるステップ
とを有するので、撮像素子の出力信号から透過率等のフ
ィルタ特性を容易に求めることができるようになってい
る。

【００２０】本発明の画像出力方法によれば、前記固体
撮像素子の各画素に対応する前記透過フィルタの領域の
透過率に基づいて、前記画素の出力信号の増幅率を決定
するステップと、決定された増幅率で前記出力信号を増
幅するステップと、増幅された前記出力信号に基づき、
画像を形成するステップとを有するので、たとえば高輝
度な画像領域に関して部分的に透過率を低くするように
した透過フィルタの特性が予めわかっていれば、画像再
生時に、透過率に応じて画像信号を増大させてやること
により、高輝度の画像領域も忠実に再現され、それによ
り画質を向上させることが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を参照して本発
明を説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる画
像入力装置としてのデジタルスチルカメラのブロック図
である。図１において、被写体の光学像は、レンズ１と
絞り２を経て、選択的透過素子（以下、選択透過フィル
タとする）３を通過し、撮像手段４（ＣＣＤ，Ｃ−ＭＯ
Ｓ等）の結像面に結像する。結像した光学像は撮像手段
４により光電変換されてアナログ信号となり、更にＡ／
Ｄコンバータ５によりデジタル信号としての画像データ
に変換された後、一旦メモリ６に取り込まれる。かかる
画像データはＣＰＵ８により、デモザイク処理、色変
換、階調変換処理を施され、ＪＰＥＧ圧縮などの後、メ
モリカードやフロッピーディスクのようなマスストレー
ジ７に書き込まれるようになっている。

【００２２】選択透過フィルタ３は、撮像素子４の各画
素に対し、光軸方向に対応する各領域で、光の透過率を
それぞれほぼゼロから１の範囲で任意に設定可能となっ
ている。かかる透過率は、ＣＰＵ８により設定されるよ
うになっている。また、設定された透過率は、その位置
に関連して画像信号と共にマスストレージ７に記憶され
るようになっている。尚、選択透過フィルタ３は、ＬＣ
Ｄや透光性圧電セラミックス（ＰＬＺＴ）などを用いて
形成することができる。

【００２３】図２は、選択透過フィルタ３と撮像素子４
との取付関係を示す光軸方向断面図である。撮像素子４
は、皿状の支持部材９の底に配置されている。撮像素子
４に対し近接して配置された選択透過フィルタ３は、リ
ング状の取付部１０の内側に接着剤を用いて固定されて
いる。取付部１０は、支持部材９の左方端に取り付けら
れている。取り付け部１０と支持部材９とは、いずれも
剛性が高くなっており、選択透過フィルタ３と撮像素子
４とを光軸方向に位置ズレしないように保持している。

【００２４】図３は、図２に示す関係とは異なる、選択
透過フィルタ３と撮像素子４との取付関係を示す図であ
る。図３においては、選択透過フィルタ３は、第１レン
ズ１ａと第２レンズ１ｂとの間に配置されている。第２
レンズ１ｂの右方に、撮像素子４が配置されている。選
択透過フィルタ３の光軸方向位置を、レンズ１（図３で
はレンズ１ａ、１ｂ）の焦点位置からずらすと、いわゆ
るアンシャープマスキング効果が得られ、エッジ強調が
行われて画像にメリハリが生じることとなる。

【００２５】尚、図２に示す取付関係によれば、選択透
過フィルタ３を撮像素子４の保護部材として用いること
ができ、かかる場合別個に保護部材を用いる必要はなく
なり、コスト低減と構成の小型化を図ることができる。
また、図１において点線で示すように、微分演算素子１
１を設けることができる。微分演算素子１１は、撮像素
子４の出力信号をいわゆるコンボリューション処理（エ
ッジ強調）する機能を有し、たとえば三菱電機株式会社
より商標名「人工網膜チップ」として上市されている。

【００２６】次に、本実施の形態の動作につき説明す
る。ここで、選択透過フィルタ３は、全透過領域で透過
率１の状態になっているものとする。かかる状態から、
不図示のレリーズボタンを押圧することにより、撮像素
子４が被写体画像を光電変換する。かかる場合、最も高
輝度の画像領域でも、画素が飽和しないように絞り２等
を用いて露光量が調整される。このようにして撮像され
た被写体画像の画像データは、ＣＰＵ８に送信される。
ここでＣＰＵ８は、かかる画像データに基づき、高輝度
の画像領域を判断し、その輝度に応じて選択透過フィル
タ３の透過領域における透過率を部分的に低下させる。

【００２７】続いて、撮像素子４は、透過率が調整され
た選択透過フィルタ３を介して、同じ被写体画像を光電
変換する。かかる場合、低輝度の画像領域において発生
するノイズを極力抑えるべく、通常より高い露光量が得
られるように、たとえば絞り２等が開放する方向に調整
されるようになっている。しかしながら、このようにし
て露光量が増大しても、高輝度の画像領域においては選
択透過フィルタ３の透過率が低く設定されているため
に、対応する画素が飽和することがないようになってい
る。尚、選択透過フィルタ３の透過率を決定する撮像
は、１回に限らず複数回であって良い。

【００２８】このようにして出力された画像データを、
ＣＰＵ８は、マスストレージ７に記憶するようになって
いる。また、ＣＰＵ８は、内蔵メモリ８ａに、設定され
た選択透過フィルタ３の透過率を、そのｘ、ｙ座標と共
に記憶するようになっている。ところで、記憶された画
像データに基づき、画像を再生する場合において、画像
信号に手を加えることなくそのまま画像を再生したので
は、高輝度の画像領域が暗くなり、元の画像と異なって
しまうこととなる。

【００２９】そこで、本実施の形態においては、画像出
力装置１２において、ＣＰＵ８の内蔵メモリ８ａに記憶
された選択透過フィルタ３の透過率と、ｘ、ｙ座標とを
読み込んで、対応する画像領域にかかる画像データを透
過率に応じて増幅するようにする。従って、記憶された
画像データの値が、低い光量を示している場合でも、高
輝度の画像領域は元の画像通り明るく再生されることと
なり、より原画像に忠実な再生が可能となる。尚、後述
する逆光補正や周辺減光補正の場合には、既に適切な画
像データが記憶されているため、かかる画像データを選
択透過フィルタ３の透過率に応じて増幅する必要はな
い。

【００３０】このように、本実施の形態によれば、銀塩
写真に比しダイナミックレンジの小さい撮像素子を備え
たデジタルスチルカメラであっても、選択透過フィルタ
を用いることにより、より多くの情報（たとえばコント
ラスト情報）を記憶することができるようになり、それ
により画像の質を向上させることができる。また、撮像
素子の画素の性能は、飽和レベルより下の一定範囲でＳ
／Ｎ比が高くなり、かかる範囲で最も優れていることが
多いため、その範囲において電荷が蓄積するように選択
透過フィルタ３の透過率を設定すれば、より高画質な画
像が得られることとなる。尚、選択透過フィルタ３の透
過率を決定する撮像（プレ撮像）と、透過率が設定され
た選択透過フィルタ３を用いて行う撮像（本撮像）との
間隔は、極力短くすると、被写体の移動を考慮しなくて
済むため好ましい。

【００３１】選択透過フィルタ３の特性を設定するに
は、上述したように、まず選択透過フィルタ３を完全透
過状態（透過率１）に設定し、撮像素子４によりプレ撮
像して、そのときの信号値を用いて、選択透過フィルタ
３の各部透過率を決定する態様がある。しかしながら、
選択透過フィルタ３の透過特性が予め判明していれば、
プレ撮像を行うことなく、撮像素子４からの信号、及
び、選択透過フィルタ３の信号、および、実際の透過特
性から演算することができる。

【００３２】ここで、選択透過フィルタ３の透過率制御
最小領域と、撮像素子４の画素が完全に一対一に対応し
ていれば、計算により透過率を求めることができる。し
かしながら、撮像素子の画素の位置が焦点位置にない場
合には、空間周波数処理（コンボリューションなど）の
演算が必要になる。

【００３３】更に、本実施の形態にかかる選択透過フィ
ルタ３を用いることにより、周辺減光を補正することが
できる。周辺減光とは、レンズ種類、ピント（焦点）位
置、絞りに依存して発する、画像の中央に対して周辺の
光量が低下する現象である。周辺減光を補正するには、
まず、一様な画像を撮像して周辺減光の程度を求め、こ
れをキャンセルできるように、画像の中央に対応する選
択透過フィルタの領域の透過率を低下させることにより
行うことができる。かかる状態で撮像を行えば、撮像素
子４から出力される画像データは、周辺減光が補正され
たものであるため、後に画像処理等を行う必要はない。

【００３４】なお、周辺減光の中心位置は、光軸に対し
てずれていることがあり得る。これをゲインを上げる等
の画像処理で補正すると、ノイズが増大する恐れがあっ
たが、上述したように選択透過フィルタ３を用いること
で、ノイズを増大させることなく、高画質な画像を得る
ことができる。また、周辺減光の特性は、レンズ種類、
ピント位置、絞りに依存するため、これらの情報に基づ
いて選択透過フィルタ３の透過率をコントロールするこ
とで正確に補正ができる。

【００３５】更に、本実施の形態にかかる選択透過フィ
ルタ３を用いることにより、被写体の色温度のズレに基
づく、撮像素子のダイナミックレンジの狭小化を防止す
ることが可能となる。たとえば、Ｄ５０（相対色温度５
０００度のデイライト）光源下でＲＧＢのフィルタを通
った光が、撮像素子のダイナミックレンジを最大限利用
していたとする。この撮像素子を用いて、Ａ（タングス
テン）光源下で撮像を行うと、Ｒ（赤）の値が極端に高
くなってしまうため、これを飽和させないように露光量
を設定すると、Ｂ（青）の値が極端に低くなってしま
い、これがＳ／Ｎ比を低下させる原因となっている。

【００３６】そこで、本実施の形態にかかる選択透過フ
ィルタを用いて、Ｒ画素（及び、Ｇ画素）に相当する領
域の透過率を下げることにより、タングステン光源下で
もバランスの良い信号レベルを得ることができる。従っ
て、各色の信号値をおよそ均一にすることができ、Ｓ／
Ｎ比を最適化できることとなる。このように、撮像素子
の各色フィルタごとに透過率を制御することで、撮像素
子のダイナミックレンジを最大限利用できる。尚、具体
的な透過率の調整は、過去３分以内の画像の平均強度を
各色に対して求め、それをフィードバックして行えばよ
い。

【００３７】更に、本実施の形態にかかる選択透過フィ
ルタの透過率を、被写体の輝度分布に応じて変化させる
ことにより、画像のコントラストを圧縮することができ
る。たとえば、晴天時の屋外の被写体は日光が当たる部
分から影の部分まで、コントラストが大きく異なるた
め、これを記録するには広いダイナミックレンジが必要
となる。ところが、―般の撮像素子ではダイナミックレ
ンジが比較的狭いため、明るい部分（日光が当たる部
分）が飽和するか、明るい部分が飽和しないように露出
を制御すると露光量が低減し、暗い部分（影の部分）で
ノイズが増大してしまう。

【００３８】これに対して、撮像素子４の撮像面におけ
るｘ，ｙ座標での光強度Ｐ（ｘ，ｙ）に対して、選択透
過フィルタ３の透過率Ｔ（ｘ，ｙ）を Ｔ（ｘ，ｙ）＝１／ａ・Ｐ（ｘ，ｙ）（ａ≧１） とし、その時の最大輝度が、対応する画素の飽和レベル
寸前になるように露出を設定すると、撮像素子４のＳ／
Ｎ比の良好な範囲を利用することができる。また、透過
率が設定された選択透過フィルタ３を介して得られた、
各画素当たりの被写体の本来の光強度が計算される。す
なわち、かかる場合における撮像素子４の値がＳ（ｘ，
ｙ）であれば、 Ｐ’（ｘ，ｙ）＝Ｓ（ｘ，ｙ）／Ｔ（ｘ，ｙ） で計算されることとなる。すなわち、この情報を用い
て、各画素毎にゲインを変更すれば、どの明るさレンジ
でも高いＳ／Ｎ比を得ることができる。尚、ａ＝１を設
定できれば最もＳ／Ｎ比が良くなることとなる。この場
合、撮像素子４の信号レベルはほぼ一様になる。

【００３９】更に、かかる場合、画像の分布に対して平
滑化できる透過率を選択透過フィルタ３に与えれば、ア
ンシャープマスキング効果が光学的に行われるため、Ｓ
／Ｎ比を悪化させることなくエッジ強調効果が得られ
る。選択透過フィルタが焦点位置になければ、自動的に
エッジ強調効果が得られることとなる。

【００４０】また、選択透過フィルタの特性を被写体の
時間的積算に応じて調整することで、撮像特性を人間の
網膜の感度に近似させることができる。たとえば、過去
３分以内の画像データを蓄積してそのデータに基づき、
選択透過フィルタの透過率を決定することが考えられ
る。それにより、監視カメラなどで部分的に明るい被写
体（例えば、店の中から撮像していて、部分的に屋外が
写っている場合）に対して、明るい被写体に対応する領
域の透過率を低くすれば、適切にコントラストを圧縮で
きる。また、そのような場合に、撮像された画像データ
を一様な増幅率で再生すれば、明るい部分の光量が低下
した状態で画像が再生され、かかる画像は元の画像とは
異なってはいるが、暗い部分と明るい部分の双方が視認
可能な状態となっており、それにより逆光補正も行うこ
とができることとなる。

【００４１】ところで、選択透過フィルタの透過率制御
最小領域（以下、制御部とする）は、撮像素子の微小な
画素に対して、一対一に対応している必要があるが、機
械的にその位置決めを行うことは困難である。そこで、
本実施の形態においては、これを電気的に行うこととす
る。より具体的には、まず選択透過フィルタ３と、撮像
素子４とを仮に位置決めした状態で、選択透過フィルタ
３の特定の制御部を不透過状態（透過率ゼロ）にし、―
様な被写体を撮像する。

【００４２】次に、特定の制御部を透過状態（透過率
１）にし、その隣の制御部を不透過状態にし、同様に一
様な被写体を撮像する。以降、制御部を順次不透過状態
にすることにより、全ての制御部に関して撮像を行う。
かかる撮像結果によれば、特定の制御部が不透過状態に
なったときに、対応する画素の信号はゼロとなるはずで
あるので、それにより選択透過フィルタと撮像素子の関
係を測定することができ、更にその測定結果に基づき、
互いの相対位置関係を調整することが可能となる。

【００４３】この測定及び調整は、デジタルスチルカメ
ラの製造時に行われるが、デジタルスチルカメラの電源
投入時に行うことで、温度変化等に基づく相対位置ズレ
等を補正することができる。このようにすることで、コ
ストのかかる高精度な機械的位置決めは不要となる。な
お、上述した測定の態様によれば、隣接する制御部を一
つずつ順次不透過状態としていったが、１つずつでな
く、１つもしくは複数個飛びに制御部を不透過状態にす
ることで、選択透過フィルタにグリッド状の点（不透過
部）をつくることもできる。かかる選択透過フィルタを
介する画像に対応する画像データに基づき、位置調整を
ソフトウェア的に行うこともできる。

【００４４】更に、選択透過フィルタの透過特性は、一
般的に温度、湿度に応じて変化する。従って、温度と湿
度に対する補正量を予め求めておけば便利である。かか
る補正量は、温度及び湿度を変えながら―様な画像を撮
像し、その時における選択透過フィルタへの制御信号と
撮像素子の出力信号との関係に基づいて計算することが
できる。かかる関係を求める場合には、選択透過フィル
タへの制御信号を段階的に変化させながら撮像素子の出
力信号を測定すると好ましい。撮像素子の特性は、ＣＣ
Ｄならばほぼ線形なので、これを利用して、温度及び湿
度に対応する選択的透過フィルタの特性を調整するテー
ブル（パラメータ）を求めることができる。

【００４５】かかるパラメータを本撮像時において選択
透過フィルタの制御に使うことで、正確な透過率コント
ロールが可能になる。なおパラメータの計算は製造時の
みならず、電源投入時毎に行われても良い。また、予め
製造時に選択透過フィルタの温度特性等を調べておき、
撮像時の温度に応じてパラメータを計算することもでき
る。以上の場合、デジタルスチルカメラに別途温度セン
サー等を設けることが必要になる。

【００４６】また、各画素の階調は、透過率の制御のビ
ット数と撮像素子のＡ／Ｄ変換器のビット数により決定
されるため、Ａ／Ｄコンバータのビット数を減らして
も、トータルでは大きいビット数を用いたのと等価な階
調数が得られる。Ａ／Ｄコンバータはビット数が大きく
なると高価になるため、本実施の形態によれば、画質を
低下させることなくＡ／Ｄコンバータのビット数を小さ
くでき、それによりコストの低減を図ることができる。

【００４７】本実施の形態により撮像された画像は、大
きなコントラストを有しているので、プリント時におけ
る画像の明るさを選択することができる。具体的には、
信号のゲインを変更して出力する。この場合、信号値の
持ち方としては、ＣＲＴの階調特性に合わせるのではな
く、対数変換された値（濃度など）を用いるのが適当で
ある。このようにすれば、広いダイナミックレンジを有
する銀塩フィルムと同様に扱うことができる。

【００４８】ストロボを用いた撮像の場合、ストロボを
事前発光させて、そのときの値に応じて選択透過フィル
タの特性を決定すればよい。特に暗闇で人がいる場合な
ど、人の部分が著しく明るくなるため、この部分の透過
率を下げ、暗い背景部分とのバランスをとることができ
る。ただし、透過率を下げることから結果として露光量
が足りなくなる恐れがある。そこで、ストロボを用いた
撮像時には、選択透過フィルタの透過率を調整するモー
ドと、選択透過フィルタの透過率を全域で１（透過状
態）とするモードのいずれかを選択できることが好まし
い。尚、選択透過フィルタの透過率を調整するモードを
選択した場合には、その透過率に応じてストロボのガイ
ドナンバーを増大させ、発光量を増大させてもよい。

【００４９】以上述べた本実施の形態によれば、選択透
過フィルタを組み合わせることで、撮像素子のダイナミ
ックレンジを最大限利用し、より大きなコントラストを
有する画像を撮像することが可能となる。また、選択透
過フィルタを用いることにより、ぼけた状態でマスクが
かかるので、鮮鋭性（エッジ）強調が可能となる。更
に、選択透過フィルタと撮像素子とを単一のユニット化
とすることで、位置ずれがなく、またコスト的にも有利
な構成が供される。加えて、人間の網膜の特性によく似
た特性の画像入力装置とすることができ、より自然な画
像が撮像できる。

【００５０】更に、本実施の形態によれば、プレ撮像に
より選択透過フィルタの透過率を決定し、本撮像により
画像を撮像するので、適切に透過率を決定できるように
なっている。また、ストロボを用いて撮像するときに
は、プリ発光に対するデータを集めることができる。更
に、本実施の形態の選択透過フィルタによれば、連続的
に透過率を設定でき、ノイズを増やすことなく、周辺減
光を補正でき、最適な周辺減光補正が可能になる。ま
た、被写体光源（色温度）が異なる場合でも、最適なＳ
／Ｎ比で計算することができる。加えて、選択透過フィ
ルタの透過率を画像に応じて適応的に変えることで、い
わゆるおおい焼き（銀塩写真の焼き付け時に行われるこ
とがある、画像の一部をマスクして焼き付ける処理）と
同様な効果や、人間の眼の部分順応に相当する効果が得
られる。

【００５１】また、本実施の形態によれば、ＣＣＤ撮像
素子で発生するスミア現象を低減することができ、Ｓ／
Ｎ比を悪化させずにエッジ強調ができ、自然なおおい焼
き効呆が得られる等の利点がある。

【００５２】更に、本実施の形態によれば、選択透過フ
ィルタと撮像素子との位置決めを、コスト・時間のかか
る高精度な機械的位置決めを行うことなく、ソフト的に
簡便に達成することが可能である。また、選択透過フィ
ルタへの制御信号と実際の透過率特性を撮像素子を用い
て測定でき、それにより補正ができるようになってい
る。加えて、被写体の光強度分布を高精度に（広いダイ
ナミックレンジで）求めることができる。

【００５３】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更／改良が可能であることは
もちろんである。

【００５４】

【発明の効果】本発明の画像入力装置によれば、光学像
が、選択的に光透過率を変更可能な透過フィルタを経
て、光電変換装置に結像されるようになっているので、
たとえば画像の高輝度な領域だけ部分的に透過フィルタ
の透過率を低くして、それにより低輝度の領域とのコン
トラスト差を小さくし、撮像素子のダイナミックレンジ
をフルに活用することができる。一方、画像再生時に
は、透過率に応じて画像信号を増大させてやれば、高輝
度の画像領域も忠実に再現され、それにより画質を向上
させることが可能となる。

【００５５】本発明の画像入力方法によれば、画像を撮
像するステップと、前記撮像に基づき、透過フィルタの
特性を設定するステップと、設定された前記透過フィル
タを介して前記画像を撮像するステップとを有するの
で、たとえば最初の撮像で、画像の高輝度な領域を求
め、かかる領域に関して部分的に透過率を低くするよう
に透過フィルタの特性を設定すれば、低輝度の領域との
コントラスト差が小さくなって、撮像素子のダイナミッ
クレンジをフルに活用することができる。一方、画像再
生時には、透過率に応じて画像信号を増大させてやれ
ば、高輝度の画像領域も忠実に再現され、それにより画
質を向上させることが可能となる。

【００５６】本発明の透過フィルタ調整方法によれば、
撮像素子の画素に対応する、透過フィルタの領域の透過
率を部分的に変更するステップと、前記透過フィルタを
介して、概一様な画像を撮像するステップと、前記撮像
結果に基づいて、前記透過フィルタと前記撮像素子の位
置関係を求めるステップとを有するので、撮像素子の出
力信号から位置決めが比較的容易に行えるようになって
いる。

【００５７】本発明の透過フィルタ測定方法によれば、
撮像素子の画素に対応する、透過フィルタの領域を段階
的に不透過にするステップと、前記透過フィルタを介し
て、概一様な画像を撮像するステップと、前記撮像結果
に基づいて、前記透過フィルタの特性を求めるステップ
とを有するので、撮像素子の出力信号から透過率等のフ
ィルタ特性を容易に求めることができるようになってい
る。

【００５８】本発明の画像出力方法によれば、固体撮像
素子の各画素に対応する前記透過フィルタの領域の透過
率に基づいて、前記画素の出力信号の増幅率を決定する
ステップと、決定された増幅率で前記出力信号を増幅す
るステップと、増幅された前記出力信号に基づき、画像
を形成するステップとを有するので、たとえば高輝度な
画像領域に関して部分的に透過率を低くするようにした
透過フィルタの特性が予めわかっていれば、画像再生時
に、透過率に応じて画像信号を増大させてやることによ
り、高輝度の画像領域も忠実に再現され、それにより画
質を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる画像入力装置とし
てのデジタルスチルカメラのブロック図である。

【図２】選択透過フィルタ３と撮像素子４との取付関係
を示す光軸方向断面図である。

【図３】図２に示す関係とは異なる、選択透過フィルタ
３と撮像素子４との取付関係を示す図である。

【符号の説明】

１ レンズ ２ 絞り ３ 選択透過フィルタ ４ 撮像素子 ５ Ａ／Ｄコンバータ ６ メモリ ７ マスストレージ ８ ＣＰＵ ９ 支持部材 １０ 取付部 １１ 微分演算素子 １２ 画像出力装置

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学像を電気信号に変換する光電変換装
   置を有する画像入力装置において、 光学像は、選択的に光透過率を変更可能な透過フィルタ
   を経て、光電変換装置に結像されることを特徴とする画
   像入力装置。
2. 【請求項２】 前記画像入力装置はレンズを有し、前記
   透過フィルタは、前記レンズの焦点位置以外の場所に配
   置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像入
   力装置。
3. 【請求項３】 前記光電変換装置は固体撮像素子であ
   り、前記透過フイルタは固体撮像素子と―体的に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像
   入力装置。
4. 【請求項４】 前記光電変換装置からの信号は、コンボ
   リューション演算装置を介して出力されるようになって
   いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
   の画像入力装置。
5. 【請求項５】 画像を撮像するステップと、 前記撮像に基づき、透過フィルタの特性を設定するステ
   ップと、 設定された前記透過フィルタを介して前記画像を撮像す
   るステップとを有することを特徴とする画像入力方法。
6. 【請求項６】 前記透過フィルタの特性は、前記透過フ
   ィルタに入力された制御信号と、前記光電変換装置の出
   力値とに基づいて決定されることを特徴とする請求項５
   に記載の画像入力方法。
7. 【請求項７】 前記透過フイルタの特性は、レンズの周
   辺減光を補正するように設定されることを特徴とする請
   求項５又は６に記載の画像入力方法。
8. 【請求項８】 前記透過フィルタの特性は、レンズの焦
   点距離及び絞り値の少なくとも一方に応じて変化するこ
   とを特徴とする請求項７に記載の画像入力方法。
9. 【請求項９】 撮影光源の光特性に応じて、前記透過フ
   ィルタの特性が設定されることを特徴とする請求項５乃
   至８のいずれかに記載の画像入力方法。
10. 【請求項１０】 被写体の明るさに応じた特定の関数に
    基づき、前記透過フィルタの特性が設定されることを特
    徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の画像入力方
    法。
11. 【請求項１１】 前記透過フィルタの特性は、撮像され
    る画像の明るい部分に対応する前記透過フィルタの領域
    が、低い透過率になるように設定されることを特徴とす
    る請求項５乃至１０のいずれかに記載の画像入力方法。
12. 【請求項１２】 画像の特性を平滑化したデータに基づ
    き、前記透過フィルタの特性が設定されることを特徴と
    する請求項５乃至１１のいずれかに記載の画像入力方
    法。
13. 【請求項１３】 画像の特性を時間で積算したデータに
    基づき、前記透過フィルタの特性が設定されることを特
    徴とする請求項５乃至１２のいずれかに記載の画像入力
    方法。
14. 【請求項１４】 撮像素子の画素に対応する、透過フィ
    ルタの領域の透過率を部分的に変更するステップと、 前記透過フィルタを介して、概一様な画像を撮像するス
    テップと、 前記撮像結果に基づいて、前記透過フィルタと前記撮像
    素子の位置関係を求めるステップとを有することを特徴
    とする透過フィルタ調整方法。
15. 【請求項１５】 撮像素子の画素に対応する、透過フィ
    ルタの領域を段階的に不透過にするステップと、 前記透過フィルタを介して、概一様な画像を撮像するス
    テップと、 前記撮像結果に基づいて、前記透過フィルタの特性を求
    めるステップとを有することを特徴とする透過フィルタ
    測定方法。
16. 【請求項１６】 少なくとも部分的に光の透過率を変更
    可能な選択フィルタを介して、固体撮像素子により撮像
    した被写体画像を出力する画像出力方法において、 前記固体撮像素子の各画素に対応する前記透過フィルタ
    の領域の透過率に基づいて、前記画素の出力信号の増幅
    率を決定するステップと、 決定された増幅率で前記出力信号を増幅するステップ
    と、 増幅された前記出力信号に基づき、画像を形成するステ
    ップとを有することを特徴とする画像出力方法。
17. 【請求項１７】 前記固体撮像素子の各画素に対応する
    前記透過フィルタの領域の透過率に関わらず、前記画素
    の出力信号の増幅率を一定とするステップを含むことを
    特徴とする請求項１６に記載の画像出力方法。