JP2002262059A - 画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents

画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム

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JP2002262059A
JP2002262059A JP2001057695A JP2001057695A JP2002262059A JP 2002262059 A JP2002262059 A JP 2002262059A JP 2001057695 A JP2001057695 A JP 2001057695A JP 2001057695 A JP2001057695 A JP 2001057695A JP 2002262059 A JP2002262059 A JP 2002262059A
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JP2001057695A
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Seiji Kobayashi
誠司 小林
Tomoo Mitsunaga
知生 光永
Hiroaki Ono
博明 小野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動被写体を含む構図の広ダイナミックレン
ジ画像データを元の感度モザイク画像データと同等の解
像度で生成する。 【解決手段】 ステップＳ１で、感度モザイク画像デー
タＰ１，Ｐ２を正規化し、ステップＳ２で、正規化され
た感度モザイク画像データＰ１，Ｐ２からノイズを除去
し、ステップＳ３で、ノイズ除去された感度モザイク画
像データＰ１，Ｐ２の差分に基づいて動領域を判定す
る。一方、正規化された感度画像データＰ１，Ｐ２を加
算して広ダイナミックレンジ画像データを生成する。ス
テップＳ４乃至Ｓ６で、静止領域に対応する広ダイナミ
ックレンジ画像データと、動領域に対応する正規化され
た感度モザイク画像データＰ１が抽出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理装置およ
び方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、例えば、
複数の画像データを合成して、元の画像データよりも広
いダイナミックレンジを有する画像データを生成する場
合に用いて好適な画像処理装置および方法、記録媒体、
並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】CCD(Charge Coupled Device)などの個体
撮像素子を備えるディジタルスチルカメラによって生成
された画像データは、フィルムを用いる従来のカメラに
よって撮影された写真に比較して、ダイナミックレンジ
が狭いという問題がある。
【０００３】そのような問題を解決する方法として、被
写体を異なる露出で連続的に撮影し、得られる複数の画
像データを合成して元の画像データよりも広いダイナミ
ックレンジを有する画像データ（以下、広ダイナミック
レンジ画像データと記述する）を生成する方法（以下、
第１の従来方法と記述する）と、個体撮像素子を構成す
るフォトディテクタのような受光素子（画像データの１
画素に相当する）の受光面に光の透過率が異なるフィル
タを設ける等してその感度に複数の種類を持たせて撮影
し、得られる画像データを用いて広ダイナミックレンジ
画像データを生成する方法（以下、第２の従来方法と記
述する）が知られている。
【０００４】しかしながら、第１の従来方法では、動き
のある被写体を撮影した場合、良好な広ダイナミックレ
ンジ画像データを生成することができない問題があっ
た。
【０００５】第１の従来方法の問題について、図１乃至
図３を参照して説明する。例えば、飛行中の飛行機のよ
うに移動する物体（以下、移動被写体と記述する）を含
む構図を異なる露出で連続的に２回撮影し、得られる図
１（Ａ），（Ｂ）に示すような画像データを合成して、
図１（Ｃ）に示すような広ダイナミックレンジ画像デー
タを生成する場合を考える。
【０００６】ここで、図１（Ａ）の画像データは、１回
目、すなわち、図１（Ｂ）の画像データよりも以前に、
かつ、長い露出時間（明るい露出）で撮影されたもので
ある。なお、本来、異なる露出で撮影した２枚の画像
は、画像全体の明るさが異なるが、説明の便宜上、図１
（Ａ），（Ｂ）には、画像データを同一の輝度に正規化
した状態を示している。
【０００７】例えば、１回目の撮影が移動被写体の明る
さに対して露出過多の状態であり、２回目の撮影が構図
中の移動被写体の明るさに対して適切な露出の状態であ
った場合、１回目の撮影では移動被写体の領域が飽和し
てしまい正確な情報が得られない。その場合、合成され
る広ダイナミックレンジ画像データは、１回目に撮影し
た移動被写体の領域の画像が欠落した図２に示すような
画像データになってしまう問題があった。
【０００８】反対に、１回目の撮影が構図中の移動被写
体の明るさに対して適切な露出であり、２回目の撮影が
構図中の移動被写体の明るさに対して露出不足の状態で
あった場合、２回目の撮影では移動被写体の領域がノイ
ズに埋もれてしまい正確な情報が得られない。その場
合、合成される広ダイナミックレンジ画像データは、２
回目に撮影した移動被写体の領域の画像が欠落した図３
に示すような画像データになってしまう問題があった。
【０００９】また、１回目および２回の撮影の露出が構
図中の移動被写体の明るさに対して適切であったとして
も、１回目の撮影終了タイミングと２回目の撮影開始タ
イミングに時間差があった場合、合成される広ダイナミ
ックレンジ画像データの移動被写体の領域が途切れてし
まう問題があった。
【００１０】第２の従来方法では、第１の従来方法とは
異なり、撮影は１回だけで済むので、移動被写体の移動
する領域を全て画像データに納めることができる。しか
しながら、第２の従来方法では、感度が異なる複数の受
光素子より成る固体撮像素子によって生成された元とな
る画像データの複数の画素が合成されて、広ダイナミッ
クレンジ画像データの１つの画素が生成されるので、生
成される広ダイナミックレンジ画像データの解像度が、
元の画像データの解像度よりも低下してしまう課題があ
った。
【００１１】例えば、感度が異なり、かつ、上下左右に
隣接する４つ受光素子によって生成される隣接する４画
素を合成して広ダイナミックレンジ画像データの１つの
画素を生成する場合、生成される広ダイナミックレンジ
画像データの解像度は、元の画像データの解像度の４分
の１となってしまう課題があった。
【００１２】そこで、本出願人は、第２の従来方法の問
題を解決する方法として、感度が異なる複数の受光素子
より成る固体撮像素子によって生成された画像データを
用い、元の画像データと同等の解像度を有する広ダイナ
ミックレンジ画像データを生成する方法（以下、第３の
従来方法と記述する）を、例えば、特願２００１−００
０９７９号として提案済である。
【００１３】図４は、第３の従来方法の概念を示してい
る。すなわち、第３の従来方法においては、レンズ１、
絞り２、感度変更フィルタ３、およびCCD４より構成さ
れる撮像系によって被写体の光学像に対応する画像デー
タが生成される。
【００１４】CCD４の受光面に設けられた感度変更フィ
ルタ３は、図５に示すように、CCD４を構成する各受光
素子への入射光の光量を制限する４種類のフィルタより
成る。したがって、CCD４から出力される画像データの
隣接する４画素は、感度が異なる受光素子によって生成
されたものとなる。以下、感度が異なる受光素子からな
るCCDによって生成された画像データを、感度モザイク
画像データと記述する。
【００１５】CCD４が出力した感度モザイク画像データ
には、ダイナミックレンジ拡大処理が施され、感度モザ
イク画像データと同等の解像度を有する広ダイナミック
レンジ画像データが生成される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、第３の従来
方法では、感度モザイク画像データと、それを用いて生
成される広ダイナミックレンジ画像データの解像度が等
しいので、感度モザイク画像データに、撮影時の露出過
多による飽和や露出不足によるノイズ等に起因する画素
欠落が生じていた場合、その影響が広ダイナミックレン
ジ画像データに大きく生じてしまう課題があった。
【００１７】例えば、感度モザイク画像データの全ての
画素のうち、高感度側の２種類の受光素子によって生成
された横方向に隣接する画素が飽和によって欠落してし
まった場合、感度モザイク画像データの縦方向のサンプ
リング周波数が半分になってしまっていると考えること
ができる。この場合、入射される被写体の光学像に縦方
向のサンプリング周波数の１／４以上の空間周波数成分
が存在すれば、折り返しノイズ（いわゆる、モアレ）が
生じてしまう課題があった。
【００１８】また、そのような場合において、折り返し
ノイズの発生を抑止するために、CCD４の前に光学ロー
パスフィルタ等を設けて、入射光から高周波成分を除去
することも考えられるが、そのようにした場合、得られ
る画像データの全領域の解像度が劣化してしまう課題が
あった。
【００１９】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、異なる露出時間で連続的に撮影された複数
の感度モザイク画像データを用い、その移動被写体以外
に対応する静止領域については複数の感度モザイク画像
データを合成し、移動被写体に対応する動領域について
は、１枚の感度モザイク画像データを用いることによ
り、移動被写体を含む構図の広ダイナミックレンジ画像
データを元の感度モザイク画像データと同等の解像度で
生成できるようにすることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の画像処理装置
は、被写体の移動に対応する動領域を検出する検出手段
と、複数の元画像データの同一の座標の画素を加算して
加算画像データを生成する加算手段と、複数の元画像デ
ータのうちの第１の元画像データの動領域に対応する画
素と、加算画像データの動領域以外の静止領域に対応す
る画素を合成して合成画像データを生成する合成手段
と、合成画像データの欠落画素を補間して広ダイナミッ
クレンジ画像データを生成する補間手段とを含むことを
特徴とする。
【００２１】前記検出手段には、複数の画像データを入
力する入力手段と、入力された複数の画像データのノイ
ズ成分を除去する除去手段と、除去手段によってノイズ
成分が除去された複数の画像データの同一の座標の画素
の差分を算出する算出手段と、算出手段が算出した差分
を所定の閾値と比較することによって動領域を判定する
判定手段とを含ませるようにすることができる。
【００２２】前記入力手段には、複数の元画像データを
入力させるようにすることができる。
【００２３】前記入力手段には、複数の元画像データの
うちの第１の画像データと、加算手段が生成した加算画
像データを入力させるようにすることができる。
【００２４】前記元画像データは、感度モザイク画像デ
ータとすることができる。
【００２５】本発明の画像処理装置は、同一の被写体を
異なる露出で連続的に撮影して複数の元画像データを生
成する撮影手段をさらに含むことができる。
【００２６】前記撮影手段には、第１回目の撮影によっ
て画素群Ａおよび画素群Ｂからなる第１の感度モザイク
画像データを生成させ、第２回目の撮影によって画素群
Ｃおよび画素群Ｄからなる第２の感度モザイク画像デー
タを生成させるようにすることができる。
【００２７】前記撮影手段には、画素群Ｂの撮影条件と
画素群Ｃの撮影条件が等価となるように、第１および第
２の感度モザイク画像データを生成させるようにするこ
とができる。
【００２８】本発明の画像処理方法は、被写体の移動に
対応する動領域を検出する検出ステップと、複数の元画
像データの同一の座標の画素を加算して加算画像データ
を生成する加算ステップと、複数の元画像データのうち
の第１の元画像データの動領域に対応する画素と、加算
画像データの動領域以外の静止領域に対応する画素を合
成して合成画像データを生成する合成ステップと、合成
画像データの欠落画素を補間して広ダイナミックレンジ
画像データを生成する補間ステップとを含むことを特徴
とする。
【００２９】本発明の記録媒体のプログラムは、被写体
の移動に対応する動領域を検出する検出ステップと、複
数の元画像データの同一の座標の画素を加算して加算画
像データを生成する加算ステップと、複数の元画像デー
タのうちの第１の元画像データの動領域に対応する画素
と、加算画像データの動領域以外の静止領域に対応する
画素を合成して合成画像データを生成する合成ステップ
と、合成画像データの欠落画素を補間して広ダイナミッ
クレンジ画像データを生成する補間ステップとを含むこ
とを特徴とする。
【００３０】本発明のプログラムは、被写体の移動に対
応する動領域を検出する検出ステップと、複数の元画像
データの同一の座標の画素を加算して加算画像データを
生成する加算ステップと、複数の元画像データのうちの
第１の元画像データの動領域に対応する画素と、加算画
像データの動領域以外の静止領域に対応する画素を合成
して合成画像データを生成する合成ステップと、合成画
像データの欠落画素を補間して広ダイナミックレンジ画
像データを生成する補間ステップをコンピュータに実行
させることを特徴とする。
【００３１】本発明の画像処理装置および方法、並びに
プログラムにおいては、被写体の移動に対応する動領域
が検出され、複数の元画像データの同一の座標の画素が
加算されて加算画像データが生成され、複数の元画像デ
ータのうちの第１の元画像データの動領域に対応する画
素と、加算画像データの動領域以外の静止領域に対応す
る画素が合成されて合成画像データが生成され、合成画
像データの欠落画素が補間されて広ダイナミックレンジ
画像データが生成される。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明を適用したディジタルスチ
ルカメラの構成例について、図６を参照して説明する。
このディジタルスチルカメラ１０は、被写体を異なる露
出時間で連続して２回撮影し、得られる２枚の感度モザ
イク画像データを用いて、広ダイナミックレンジ画像デ
ータを生成するものである。
【００３３】ディジタルスチルカメラ１０の光学系は、
被写体の光学像を集光するレンズ１１、入射光の光量を
調整する絞り１２、入射光の露光時間を調整するシャッ
タ１３、CCD１６が強い感度を有する赤外領域の光を除
去するＩＲカットフィルタ１４、およびCCD１６が離散
的にサンプリングすることによって発生する折り返しを
抑止するために入射光の高周波成分を除去する光学ロー
パスフィルタ１５から構成される。
【００３４】また、ディジタルスチルカメラ１０は、光
学系を介して入射される光学像に対応する感度モザイク
画像データを生成するCCD１６、CCD１６が生成した感度
モザイク画像データをサンプリングすることによってノ
イズを低減させるCDS(Correlated Double Sampling)１
７、入射光の光度に適応して感度モザイク画像データを
電気的に増幅するAGC(Auto Gain Controller)１８、感
度モザイク画像データをディジタル信号化するＡ／Ｄコ
ンバータ１９、感度モザイク画像データにダイナミック
レンジ拡大処理を施して広ダイナミックレンジ画像デー
タを生成するDSP(Digital Signal Processor)等より成
る画像処理部２０、および生成される広ダイナミックレ
ンジ画像データを記憶するメモリ２１から構成される。
【００３５】CCD１６を構成する複数の受光素子には感
度制限フィルタ等が設けられており、それによってCCD
１６は、市松状に配置された低感度の受光素子Ｃ１（図
７）と高感度の受光素子Ｃ２（図７）から構成されたよ
うになされている。
【００３６】さらに、ディジタルスチルカメラ１０は、
シャッタ１３の開閉タイミングやCCD１６の水平および
垂直走査タイミングを制御するタイミングジェネレータ
（ＴＧ）２２、並びにドライブ２５を制御して磁気ディ
スク２６、光ディスク２７、光磁気ディスク２８、また
は半導体メモリ２９に記憶されている制御用プログラム
を読み出して、読み出した制御用プログラム、操作入力
部２４が検知するユーザの操作等に基づいて、ディジタ
ルスチルカメラ１０の全体を制御する制御部２３から構
成される。
【００３７】次に、図７は、同一の被写体に対して異な
る露出時間で連続して２回行われる撮影のタイミングを
示している。
【００３８】図７（Ａ）は、シャッタ１３の開閉タイミ
ングを示している。すなわち、第１回目の撮影では、期
間Ｔ１だけシャッタ１３が開放され、第２回目の撮影で
は、期間Ｔ２だけシャッタ１３が開放される。なお、期
間Ｔ２は、第１回目の撮影において低感度の受光素子Ｃ
１に蓄積される電荷量Ｈ１１（図７（Ｃ））と、第２回
目の撮影において高感度の受光素子Ｃ２に蓄積される電
荷量Ｈ２２（図７（Ｄ））が等価となるように決定され
る。
【００３９】図７（Ｂ）は、受光素子Ｃ１，Ｃ２のリセ
ットタイミングを示している。すなわち、第１および第
２回目の撮影では、シャッタ１３が開放された直後、受
光素子の電荷が掃き出されてリセットされた後、電荷の
蓄積が開始される。
【００４０】図７（Ｃ）は、CCD１６を構成する受光素
子のうち、低感度の受光素子Ｃ１に蓄積される電荷量の
変化を示している。第１回目の撮影終了タイミングに
は、電荷量Ｈ１１が蓄積される。第２回目の撮影終了タ
イミングには、電荷量Ｈ１２が蓄積される。図７（Ｄ）
は、CCD１６を構成する受光素子のうち、高感度の受光
素子Ｃ２に蓄積される電荷量の変化を示している。第１
回目の撮影終了タイミングには、電荷量Ｈ２１が蓄積さ
れる。第２回目の撮影終了タイミングには、電荷量Ｈ２
２が蓄積される。上述したように、電荷量Ｈ１１と電荷
量Ｈ２２は等価となるようになされている。
【００４１】図７（Ｅ）は、CCD１６を構成する受光素
子のうち、偶数行の受光素子から電荷の読み出しを開始
するタイミングを示している。図７（Ｆ）は、偶数行の
受光素子から読み出した電荷を垂直、水平転送する期間
を示している。図７（Ｇ）は、CCD１６を構成する受光
素子のうち、奇数行の受光素子から電荷の読み出しを開
始するタイミングを示している。図７（Ｈ）は、奇数行
の受光素子から読み出した電荷を垂直、水平方向に転送
する期間を示している。
【００４２】次に、撮影される２枚の感度モザイク画像
データの撮影条件について、図８および図９を参照して
説明する。ここで、「撮影条件」の用語は、画素を生成
した受光素子の感度の種類と、撮影時の露出（シャッタ
開放時間および絞りの開度）の状態を意味する語として
用いている。
【００４３】図８は、第１回目の撮影によって得られる
感度モザイク画像データＰ１の画素の撮影条件を示して
いる。同図において、Ａは高感度の受光素子Ｃ２によっ
て生成された画素（以下、画素群Ａと記述する）を示し
ており、Ｂは低感度の受光素子Ｃ１によって生成された
画素（以下、画素群Ｂと記述する）を示している。ここ
で、画素群Ａの撮影条件（シャッタ時間Ｔ１、受光素子
の感度Ｃ２）を撮影条件Ａとする。また、画素群Ｂの撮
影条件（シャッタ時間Ｔ１、受光素子の感度Ｃ１）を撮
影条件Ｂとする。
【００４４】図９は、第２回目の撮影によって得られる
感度モザイク画像データＰ２の画素の撮影条件を示して
いる。同図において、Ｃは高感度の受光素子Ｃ２によっ
て生成された画素（以下、画素群Ｃと記述する）を示し
ており、Ｄは低感度の受光素子Ｃ１によって生成された
画素（以下、画素群Ｄと記述する）を示している。ここ
で、画素群Ｃの撮影条件（シャッタ時間Ｔ２、受光素子
の感度Ｃ２）を撮影条件Ｃとする。また、画素群Ｄの撮
影条件（シャッタ時間Ｔ２、受光素子の感度Ｃ１）を撮
影条件Ｄとする。
【００４５】図７を参照して上述したように、撮影条件
Ｂにおいて蓄積される電荷量Ｈ１１と、撮影条件Ｃにお
いて蓄積される電荷量Ｈ２２は等価となるように調整さ
れる。よって、撮影条件Ｂと撮影条件Ｃは、同一の撮影
条件であると考えることができる。
【００４６】以上のように、２回の撮影によって得られ
る２枚の感度モザイク画像データには、撮影条件Ａ、撮
影条件Ｂ（＝Ｃ）、および撮影条件Ｄの３種類の撮影条
件において生成された画素が含まれることになる。特
に、撮影条件Ｂ（＝Ｃ）においては、感度モザイク画像
データに欠落画素が生じないように、シャッタ時間Ｔ
１，Ｔ２を調整する。それによって仮に、露出過多とな
り電荷が飽和して画素群Ａに欠落画素が生じたり、反対
に、露出不足となりノイズに電荷が埋もれて画素群Ｄに
欠落画素が生じたとしても、２枚の感度モザイク画像デ
ータのいずれかには、撮影条件Ｂ（＝Ｃ）における全て
の画素が存在することになる。
【００４７】次に、画像処理部２０が実行するダイナミ
ックレンジ拡大処理の概念について説明する。
【００４８】一般に、折り返しノイズは、画素欠落が発
生している領域に、静止している被写体の物体の細かい
テクスチャやエッジのような高い空間周波数の画像が存
在している場合に発生する。また、画素欠落が発生して
いる領域に、移動被写体の物体の細かいテクスチャやエ
ッジの画像が存在している場合には、それらの画像はぼ
やけてしまうので、すなわち、高周波数成分ではないの
で、折り返しノイズは発生しない。
【００４９】そこで、本発明のダイナミックレンジ拡大
処理では、静止領域においては、２枚の感度モザイク画
像Ｐ１，Ｐ２を用いて画素欠落を防ぎながら広ダイナミ
ックレンジ画像データを生成することによって、折り返
しノイズの発生を抑止するようにする。一方、動領域に
おいては、画素欠落が発生しているとしても折り返しノ
イズとはならないので、感度モザイク画像Ｐ１だけを用
いて広ダイナミックレンジ画像データを生成するように
する。
【００５０】図１０は、画像処理部２０の第１の構成例
を示している。画像処理部２０の第１の構成例は、CCD
１６によって生成されCDS１７乃至Ａ／Ｄコンバータ１
９を介して画像処理部２０に入力される感度モザイク画
像データＰ１の画素を正規化してローパスフィルタ(LP
F)３２、加算処理部３６、およびスイッチ３７の端子ａ
に出力する正規化部３１、差分検出部３５における動領
域判定の誤差を抑制するために、正規化部３１から供給
される正規化されている感度モザイク画像データＰ１か
らノイズを除去するローパスフィルタ３２、入力される
感度モザイク画像データＰ２の画素を正規化する正規化
部３３、並びに、正規化部３３から供給される正規化さ
れている感度モザイク画像データＰ２からノイズを除去
するローパスフィルタ３４から構成される。
【００５１】さらに、画像処理部２０の第１の構成例
は、正規化されている感度モザイク画像データＰ１，Ｐ
２の同一の座標の画素を加算して、得られる広ダイナミ
ックレンジ画像データをスイッチ３７の端子ｂに出力す
る加算処理部３６、正規化されてノイズ除去された感度
モザイク画像データＰ１，Ｐ２の同一の座標の画素を減
算し、その差が所定の閾値以上であるか否かに基づいて
動領域を判定して判定結果を示す動領域判定信号をスイ
ッチ３７に出力する差分検出部３５、動領域判定信号に
基づいて端子ａ，ｂを切り替えるスイッチ３７、および
広ダイナミックレンジ画像データの欠落画素を補間する
補間処理部３８から構成される。
【００５２】加算処理部３６は、図１２乃至図１４を参
照して後述する処理によって広ダイナミックレンジ画像
データを生成する。スイッチ３７は、差分検出部３５か
ら入力される動領域判定信号に基づき、動領域について
は、端子ａに供給される正規化されている感度モザイク
画像データＰ１を補間処理部３８に出力し、動領域では
ない静止領域については、端子ｂに供給される広ダイナ
ミックレンジ画像データを補間処理部３８に出力する。
【００５３】補間処理部３８は、主に動領域に発生して
いる画素の欠落を所定の方法（例えば、線形補間等）に
よって補間するとともに、上述した第３の従来方法を適
用して動領域の感度モザイク画像データを広ダイナミッ
クレンジ画像データに変換する。なお、補間処理部３８
における補間の方法は任意を用いることができる。
【００５４】画像処理部２０の第１の構成例によるダイ
ナミックレンジ拡大処理について、図１１のフローチャ
ートを参照して説明する。なお、画像処理部２０に供給
される感度モザイク画像データＰ１に対応する画像は図
１（Ａ）であり、感度モザイク画像データＰ２に対応す
る画像は図１（Ｂ）であるとする。
【００５５】ステップＳ１において、正規化部３１は、
上段から供給された感度モザイク画像データＰ１の画素
を正規化してローパスフィルタ３２、加算処理部３６、
およびスイッチ３７の端子ａに出力する。正規化部３３
は、上段から供給された感度モザイク画像データＰ２の
画素を正規化してローパスフィルタ３４、および加算処
理部３６に出力する。
【００５６】ステップＳ２において、ローパスフィルタ
３２は、正規化されている感度モザイク画像データＰ１
からノイズを除去して差分検出部３５に出力する。ロー
パスフィルタ３４は、正規化されている感度モザイク画
像データＰ２からノイズを除去して差分検出部３５に出
力する。
【００５７】ステップＳ３において、差分検出部３５
は、正規化されてノイズ除去された感度モザイク画像デ
ータＰ１，Ｐ２の同一の座標の画素を減算し、その差が
所定の閾値以上であるか否かに基づいて動領域を判定
し、判定結果を示す動領域判定信号をスイッチ３７に出
力する。一方、加算処理部３６は、正規化されている感
度画像データＰ１，Ｐ２の同一の座標の画素を加算して
広ダイナミックレンジ画像データを生成し、スイッチ３
７の端子ｂに出力する。
【００５８】ここで、加算処理部３６の処理について、
図１２乃至図１４を参照して説明する。
【００５９】図１２において、直線Ａは低感度の受光素
子Ｃ１の入出力特性を示しており、直線Ｂは高感度の受
光素子Ｃ２の入出力特性を示している。横軸は入力値
（入射光量）である。縦軸は出力値（正規化されている
電荷量、すわなち、画素の輝度信号）であって８ビット
の値（２５６階調）であるとする。低感度の受光素子Ｃ
１は、入力値ｉ０まで範囲の入力に対し、出力値１．０
までの範囲を２５６階調で出力する。高感度の受光素子
Ｃ２は、入力値ｉ１までの範囲の入力に対し、出力値
１．０までの範囲を２５６階調で出力する。なお、入力
値ｉ０は入力値ｉ１の２倍である、すなわち、受光素子
Ｃ２は受光素子Ｃ１の２倍の感度であるとする。
【００６０】加算処理部３６では、第１回目の撮影によ
る感度モザイク画像Ｐ１と、第２回目の撮影による感度
モザイク画像Ｐ２との同一の座標の画素が加算される。
したがって、感度モザイク画像Ｐ１の撮影条件Ａで撮影
された画像群Ａと、感度モザイク画像Ｐ２の撮影条件Ｃ
で撮影された画像群Ｃとの対応する画素が加算されるこ
とになる。また、感度モザイク画像Ｐ１の撮影条件Ｂで
撮影された画像群Ｂと感度モザイク画像Ｐ２の撮影条件
Ｄで撮影された画像群Ｄとの対応する画素が加算される
ことになる。
【００６１】ところで、上述したように、撮影条件Ｂと
撮影条件Ｃは同一の撮影条件であるので、加算処理部３
６では、感度モザイク画像Ｐ１の撮影条件Ａで撮影され
た画像群Ａと、感度モザイク画像Ｐ２の撮影条件Ｂで撮
影された画像群Ｃとの対応する画素が加算されると考え
ることができる。同様に、感度モザイク画像Ｐ１の撮影
条件Ｃで撮影された画像群Ｂと、感度モザイク画像Ｐ２
の撮影条件Ｄで撮影された画像群Ｄとの対応する画素が
加算されると考えることができる。
【００６２】したがって、加算処理部３６によって加算
された画素は、受光素子Ｃ１の入出力特性を示す直線Ａ
と、受光素子Ｃ２の入出力特性を示す直線Ｂを合成した
図１３に示す折線Ｃのような入出力特性を有することに
なる。なお、直線Ａと直線Ｂは単調増加が保証されてい
るので、それらを合成した折線Ｃも単調増加が保証され
る。
【００６３】この段階における加算された画素の入出力
特性は、入力値ｉ０までの範囲の入力に対し、出力値
２．０までの範囲を出力する。その階調数Ｑは、次式
（１）のとおりとなる。
【数１】 ただし、ｑは元の感度モザイク画像データＰ１，Ｐ２の
階調数であり、Ｋは合成する感度モザイク画像データの
数であり、ｅnは第ｎ回目の撮影条件を示す値であり、
Ｒ（Ｘ）はＸの小数点以下の値を四捨五入する関数であ
る。
【００６４】いまの場合、ｑ＝２５６、Ｋ＝２であり、
ｅn-1／ｅn＝１／２とすれば、出力値の階調数Ｑは３８
４となる。
【００６５】しかしながら、図１３に折線Ｃで示す入出
力特性は、入力値に対して出力値が線形ではないので、
さらに、加算処理部３６では、加算した画素が線形の入
出力特性を有するような処理を施す。具体的には、加算
された画素値を、図１４に折線Ｄで示す関数（折線Ｃの
逆関数）を用いて変換することにより、入力値ｉ０まで
範囲の入力に対し、出力値１．０までの範囲を線形に出
力する入出力特性に変換する。
【００６６】図１１に戻る。ステップＳ４乃至Ｓ６にお
いて、スイッチ３７は、差分検出部３５から入力された
動領域判定信号に基づいて静止領域と動領域を判定し、
後段への出力を端子ａまたは端子ｂに切り替える。
【００６７】具体的には、静止領域であると判定された
場合、ステップＳ５に進み、出力が端子ｂ側にスイッチ
ングされる。したがって、補間処理部３８には、図１５
に示すような静止領域だけの画像に対応する、加算処理
部３６からの広ダイナミックレンジ画像データが供給さ
れる。反対に、動領域であると判定された場合、ステッ
プＳ６に進み、出力が端子ａ側にスイッチングされる。
したがって、補間処理部３８には、図１６に示すような
動領域だけの画像に対応する、正規化部３１からの正規
化されている感度モザイク画像データＰ１が供給され
る。
【００６８】ステップＳ７において、補間処理部３８
は、主に動領域において発生し得ている画素欠落を補間
するとともに、動領域の感度モザイク画像データＰ１に
第３の従来方法を適用して広ダイナミックレンジ画像デ
ータに変換し、得られた図１７に示すような画像に対応
する広ダイナミックレンジ画像データを後段に出力す
る。
【００６９】以上説明したようにダイナミックレンジ拡
大処理によれば、画像の静止領域において画素欠落が原
因となる折り返しノイズの発生を抑止することができ
る。また、動領域においては１枚の感度モザイク画像Ｐ
１だけを用いるが、感度モザイクであるが故に、移動被
写体の明るさに拘わらず移動被写体を撮影することがで
きているので、移動被写体の正確な移動を画像上に復元
することができる。
【００７０】ところで、図１０に示した画像処理部２０
の第１の構成例では、正規化し、ノイズ除去した感度モ
ザイク画像Ｐ１，画像Ｐ２を用いて動領域を判定してい
るため、被写体のエッジ部分の微妙なズレなどを移動領
域として敏感に検出してしまう傾向がある。
【００７１】次に、図１８は、画像処理部２０の第１の
構成例の上述したような傾向を抑止して、よりロバスト
性が高い処理を実行することができる画像処理部２０の
第２の構成例を示している。
【００７２】画像処理部２０の第２の構成例において、
CCD１６によって生成されCDS１７乃至Ａ／Ｄコンバータ
１９を介して画像処理部２０に入力される感度モザイク
画像データＰ１，Ｐ２は、それぞれ、正規化部４１，４
３に供給される。正規化部４１は、感度モザイク画像デ
ータＰ１の画素を正規化してローパスフィルタ４２、加
算処理部４４、およびスイッチ４７の端子ａに出力す
る。ローパスフィルタ４２は、差分検出部４６における
動領域判定の誤差を抑制するために、正規化されている
感度モザイク画像データＰ１からノイズを除去して差分
検出部４６に出力する。
【００７３】正規化部４３は、感度モザイク画像データ
Ｐ２の画素を正規化して加算処理部４４に出力する。加
算処理部４４は、正規化されている感度モザイク画像デ
ータＰ１，Ｐ２の同一の座標の画素を加算して、得られ
る広ダイナミックレンジ画像データをローパスフィルタ
４５、およびスイッチ４７の端子ｂに出力する。なお、
加算処理部４４の処理は、上述した加算処理部３６の処
理と同様であるので、その詳細は省略する。
【００７４】ローパスフィルタ４５は、差分検出部３５
における動領域判定の誤差を抑制するため、加算処理部
４４からの広ダイナミックレンジ画像データからノイズ
を除去して差分検出部４６に出力する。
【００７５】差分検出部４６は、正規化されてノイズ除
去された感度モザイク画像データＰ１と、ノイズ除去さ
れた広ダイナミックレンジ画像データの同一の座標の画
素を減算し、その差が所定の閾値以上であるか否かに基
づいて動領域を判定し、判定結果を示す動領域判定信号
をスイッチ４７に出力する。
【００７６】スイッチ４７は、差分検出部４６から入力
される動領域判定信号に基づき、動領域については、端
子ａに供給される正規化されている感度モザイク画像デ
ータＰ１を補間処理部４８に出力し、動領域ではない静
止領域については、端子ｂに供給される広ダイナミック
レンジ画像データを補間処理部４８に出力する。
【００７７】補間処理部４８は、主に動領域に発生して
いる画素の欠落を所定の方法（例えば、線形補間等）に
よって補間するとともに、上述した第３の従来方法を適
用して動領域の感度モザイク画像データを広ダイナミッ
クレンジ画像データに変換する。なお、補間処理部４８
における補間の方法は任意を用いることができる。
【００７８】画像処理部２０の第２の構成例による処理
と当該第１の構成例の処理の違いは、動領域の判定に用
いる画像データにある。
【００７９】当該第１の構成例の差分検出部３５では、
動領域の判定に正規化されてノイズ除去された感度モザ
イク画像データＰ１，Ｐ２が用いられることに対し、当
該第２の構成例の差分検出部４６では、動領域の判定に
正規化されてノイズ除去された感度モザイク画像データ
Ｐ１と、ノイズ除去された広ダイナミックレンジ画像デ
ータが用いられる。
【００８０】差分検出部４６で用いられる広ダイナミッ
クレンジ画像データは、正規化された感度モザイク画像
データＰ１，Ｐ２が加算処理部４４によって加算されて
生成されたものであるので画像中の被写体のエッジ部分
等が既に鈍っている。したがって、エッジ部分等が既に
鈍っている広ダイナミックレンジ画像データをノイズ除
去して動領域の判定に用いる当該第２の構成例の処理で
は、当該第１の構成例の処理のように被写体のエッジ部
分等の微妙なズレなどを移動領域として敏感に検出して
しまうようなことがないので、よりロバスト性が高い処
理を実行することができる。
【００８１】以上、画像処理部２０の第２の構成例の説
明を終了する。
【００８２】なお、画像処理部２０の第１および第２の
構成例では、移動被写体の対応する動領域には、第１回
目の撮影した感度モザイク画像Ｐ１を用いるようにした
が、第２回目の撮影した感度モザイク画像Ｐ２を用いる
ようにしてもかまわない。
【００８３】また、CCD１６の受光素子を覆う感度制限
フィルタ等を除去するなどして受光素子の感度を統一で
きるようにし、CCD１６が出力する感度モザイクではな
い、単に異なる露出で連続的に撮影した２枚の画像デー
タが画像処理部２０に供給されるようにしてもよい。そ
のようにした場合、静止領域はダイナミックレンジが拡
大された画素からなり、動領域は元のダイナミックレン
ジと等しい画素からなる広ダイナミックレンジ画像デー
タが生成されることになる。
【００８４】ところで、上述した一連の処理は、ハード
ウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェア
により実行させることもできる。一連の処理をソフトウ
ェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構
成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれ
ているコンピュータ、または、各種のプログラムをイン
ストールすることで、各種の機能を実行することが可能
な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録
媒体からインストールされる。
【００８５】この記録媒体は、図６に示すように、コン
ピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するため
に配布される、プログラムが記録されている磁気ディス
ク２６（フロッピディスクを含む）、光ディスク２７
（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digit
al Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク２８（Ｍ
Ｄ(Mini Disc)を含む）、もしくは半導体メモリ２９な
どよりなるパッケージメディアにより構成されるだけで
なく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに
提供される、プログラムが記録されているROMやハード
ディスクなどで構成される。
【００８６】なお、本明細書において、記録媒体に記録
されるプログラムを記述するステップは、記載された順
序に従って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずし
も時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に
実行される処理をも含むものである。
【００８７】
【発明の効果】以上のように、本発明の画像処理装置お
よび方法、並びにプログラムによれば、被写体の移動に
対応する動領域を検出し、複数の元画像データの同一の
座標の画素を加算して加算画像データを生成し、第１の
元画像データの動領域に対応する画素と、加算画像デー
タの静止領域に対応する画素を合成するようにしたの
で、移動被写体を含む構図の広ダイナミックレンジ画像
データを元の感度モザイク画像データと同等の解像度で
生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の従来方法を説明するための図である。
【図２】第１の従来方法を説明するための図である。
【図３】第１の従来方法を説明するための図である。
【図４】第３の従来方法を説明するための図である。
【図５】第３の従来方法の用いられる感度変更フィルタ
３の一例を示す図である。
【図６】本発明を適用したディジタルスチルカメラ１０
の構成例を示すブロック図である。
【図７】ディジタルスチルカメラ１０の撮影タイミング
を説明するための図である。
【図８】感度モザイク画像データＰ１の画素の撮影条件
を示す図である。
【図９】感度モザイク画像データＰ２の画素の撮影条件
を示す図である。
【図１０】画像処理部２０の第１の構成例を示すブロッ
ク図である。
【図１１】画像処理部２０の第１の構成例によるダイナ
ミックレンジ拡大処理を説明するフローチャートであ
る。
【図１２】加算処理部３６の処理を説明するための図で
ある。
【図１３】加算処理部３６の処理を説明するための図で
ある。
【図１４】加算処理部３６の処理を説明するための図で
ある。
【図１５】補間処理部３８に供給される広ダイナミック
レンジ画像データの静止領域に対応する画像の一例であ
る。
【図１６】補間処理部３８に供給される感度モザイク画
像データＰ１の動領域に対応する画像の一例である。
【図１７】補間処理部３８が出力する広ダイナミックレ
ンジ画像データに対応する画像の一例である。
【図１８】画像処理部２０の第２の構成例を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
１０ ディジタルスチルカメラ， １６ CCD， ２０
画像処理部， ２３制御部， ２６ 磁気ディスク，
２７ 光ディスク， ２８ 光磁気ディスク， ２９
半導体メモリ， ３１ 正規化部， ３２ ローパス
フィルタ，３３ 正規化部， ３４ ローパスフィル
タ， ３５ 差分検出部， ３６ 加算処理部， ３７
スイッチ， ３８ 補間処理部， ４１ 正規化部，
４２ローパスフィルタ， ４３ 正規化部， ４４
加算処理部， ４５ ローパスフィルタ， ４６ 差分
検出部， ４７ スイッチ， ４８ 補間処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 博明 東京都品川区東五反田１丁目14番10号 株 式会社ソニー木原研究所内 Ｆターム(参考） 5B057 BA02 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CC01 CE08 CE11 CH08 5C024 AX01 BX01 CX06 CX46 CX53 CY14 DX04 EX51 GY01 HX05 HX18 HX22 HX23 HX28 HX29 5C076 AA03 AA12 AA21 AA27 AA40 BA01 BA06

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同一の被写体を異なる露出で連続的に撮
    影した複数の元画像データを用いて広ダイナミックレン
    ジ画像データを生成する画像処理装置において、 前記被写体の移動に対応する動領域を検出する検出手段
    と、 前記複数の元画像データの同一の座標の画素を加算して
    加算画像データを生成する加算手段と、 前記複数の元画像データのうちの第１の元画像データの
    前記動領域に対応する画素と、前記加算画像データの前
    記動領域以外の静止領域に対応する画素を合成して合成
    画像データを生成する合成手段と、 前記合成画像データの欠落画素を補間して前記広ダイナ
    ミックレンジ画像データを生成する補間手段とを含むこ
    とを特徴とする画像処理装置。
  2. 【請求項２】 前記検出手段は、 複数の画像データを入力する入力手段と、 入力された前記複数の画像データのノイズ成分を除去す
    る除去手段と、 前記除去手段によってノイズ成分が除去された前記複数
    の画像データの同一の座標の画素の差分を算出する算出
    手段と、 前記算出手段が算出した前記差分を所定の閾値と比較す
    ることによって前記動領域を判定する判定手段とを含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
  3. 【請求項３】 前記入力手段は、前記複数の元画像デー
    タを入力することを特徴とする請求項２に記載の画像処
    理装置。
  4. 【請求項４】 前記入力手段は、前記複数の元画像デー
    タのうちの前記第１の画像データと、前記加算手段が生
    成した前記加算画像データを入力することを特徴とする
    請求項２に記載の画像処理装置。
  5. 【請求項５】 前記元画像データは、感度モザイク画像
    データであることを特徴とする請求項１に記載の画像処
    理装置。
  6. 【請求項６】 同一の被写体を異なる露出で連続的に撮
    影して複数の前記元画像データを生成する撮影手段をさ
    らに含むことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装
    置。
  7. 【請求項７】 前記撮影手段は、第１回目の撮影によっ
    て画素群Ａおよび画素群Ｂからなる第１の感度モザイク
    画像データを生成し、第２回目の撮影によって画素群Ｃ
    および画素群Ｄからなる第２の感度モザイク画像データ
    を生成することを特徴とする請求項６に記載の画像処理
    装置。
  8. 【請求項８】 前記撮影手段は、前記画素群Ｂの撮影条
    件と前記画素群Ｃの撮影条件が等価となるように、前記
    第１および第２の感度モザイク画像データを生成するこ
    とを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
  9. 【請求項９】 同一の被写体を異なる露出で連続的に撮
    影した複数の元画像データを用いて広ダイナミックレン
    ジ画像データを生成する画像処理装置の画像処理方法に
    おいて、 前記被写体の移動に対応する動領域を検出する検出ステ
    ップと、 前記複数の元画像データの同一の座標の画素を加算して
    加算画像データを生成する加算ステップと、 前記複数の元画像データのうちの第１の元画像データの
    前記動領域に対応する画素と、前記加算画像データの前
    記動領域以外の静止領域に対応する画素を合成して合成
    画像データを生成する合成ステップと、 前記合成画像データの欠落画素を補間して前記広ダイナ
    ミックレンジ画像データを生成する補間ステップとを含
    むことを特徴とする画像処理方法。
  10. 【請求項１０】 同一の被写体を異なる露出で連続的に
    撮影した複数の元画像データを用いて広ダイナミックレ
    ンジ画像データを生成する画像処理用のプログラムであ
    って、 前記被写体の移動に対応する動領域を検出する検出ステ
    ップと、 前記複数の元画像データの同一の座標の画素を加算して
    加算画像データを生成する加算ステップと、 前記複数の元画像データのうちの第１の元画像データの
    前記動領域に対応する画素と、前記加算画像データの前
    記動領域以外の静止領域に対応する画素を合成して合成
    画像データを生成する合成ステップと、 前記合成画像データの欠落画素を補間して前記広ダイナ
    ミックレンジ画像データを生成する補間ステップとを含
    むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプロ
    グラムが記録されている記録媒体。
  11. 【請求項１１】 同一の被写体を異なる露出で連続的に
    撮影した複数の元画像データを用いて広ダイナミックレ
    ンジ画像データを生成する処理を制御するコンピュータ
    に、 前記被写体の移動に対応する動領域を検出する検出ステ
    ップと、 前記複数の元画像データの同一の座標の画素を加算して
    加算画像データを生成する加算ステップと、 前記複数の元画像データのうちの第１の元画像データの
    前記動領域に対応する画素と、前記加算画像データの前
    記動領域以外の静止領域に対応する画素を合成して合成
    画像データを生成する合成ステップと、 前記合成画像データの欠落画素を補間して前記広ダイナ
    ミックレンジ画像データを生成する補間ステップとを実
    行させるプログラム。
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