JP2003046859A - 画像撮像装置及び方法 - Google Patents

画像撮像装置及び方法

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JP2003046859A JP2001234038A JP2001234038A JP2003046859A JP 2003046859 A JP2003046859 A JP 2003046859A JP 2001234038 A JP2001234038 A JP 2001234038A JP 2001234038 A JP2001234038 A JP 2001234038A JP 2003046859 A JP2003046859 A JP 2003046859A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 階調変換の際に、輝度値の過度な補正によっ
て見づらい画像とすることなく、自然な出力画像を得
る。 【解決手段】 デジタルスチルカメラ１は、異なる露光
量で同一の被写体を複数回撮像し、撮像して得られた複
数の画像を合成して、ダイナミックレンジの広い画像を
生成する。さらに、ダイナミックレンジの広い合成画像
の階調を圧縮する際に、合成画像の階調数と出力画像の
階調数との比に基づき定まる直線と、合成画像の輝度分
布を示すヒストグラムとを合成した合成曲線に基づき階
調変換テーブルを生成し、この階調変換テーブルを参照
して階調圧縮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、異なる露光量で同
一の被写体を複数回撮像し、撮像して得られた複数の画
像を合成して、ダイナミックレンジの広い画像を生成す
る画像撮像装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】デジタルスチルカメラでは、撮像素子と
して、一般にＣＣＤ（Charge CoupledDevice）イメージ
センサが用いられている。しかしながら、ＣＣＤイメー
ジセンサは、銀塩写真フィルムに比べて、撮影可能な輝
度領域のダイナミックレンジが非常に狭い。このＣＣＤ
イメージセンサのダイナミックレンジの狭さを補填する
ため、従来より、異なる露光量で同一の被写体を複数回
撮像し、撮像して得られた露光量の異なる複数の画像を
加算合成して、ダイナミックレンジの広い画像を生成す
るといった機能を有したデジタルスチルカメラが提案さ
れている。
【０００３】ところで、このようにダイナミックレンジ
を確保するために複数画像を加算合成した場合、合成後
の画像の階調数が大きくなる。例えば、ＣＣＤイメージ
センサから得られる通常の画像データの階調数が８ビッ
トであるとするならば、露光量が異なる４枚の画像を加
算合成すれば、加算合成後の画像の階調数は１０ビット
となる。しかしながら、デジタルスチルカメラで得られ
た撮像画像を記録するメディアのフォーマット、撮像画
像を表示するディスプレイのフォーマット或いは撮像画
像を出力するインターフェースのフォーマットの階調数
は、予め決まっている。そのため、このようなデジタル
スチルカメラでは、合成後の画像の階調数を圧縮して、
これらのフォーマットに適合する階調数に変換する必要
があった。
【０００４】階調数を圧縮する場合、単純に線形的に行
うのであれば、例えば、合成画像の各画素の下位ビット
を切り捨てるといった処理を行えばよい。例えば、１０
ビットの階調数の画像を８ビットの階調数に圧縮したい
場合には、１０ビットのうち下２ビットを切り捨てれば
よい。しかしながら、複数の画像を合成したものをこの
ように線形的に階調圧縮したのでは、コントラストが曖
昧となり表示したときに見づらい画像となる場合があ
る。そのため、このような画像合成をしてダイナミック
レンジを広くした画像に対して階調圧縮をする場合、コ
ントラストがはっきりした見やすい画像とするように、
輝度レベルの補正も同時に行われるのが一般的である。
【０００５】階調圧縮とともに輝度レベルの補正を行う
技術として、従来より、ヒストグラム平均化法を利用し
た階調圧縮手法が知られている。
【０００６】以下、このヒストグラム平均化法を利用し
た階調圧縮の基本的なアルゴリズムについて説明をす
る。
【０００７】まず、入力画像（変換前の画像）に対して
全ての輝度値に対する頻度分布を示すヒストグラムを検
出する。
【０００８】続いて、検出したヒストグラムに基づき、
低い輝度値から高い輝度値へ、順番にその頻度を累積し
ていき、累積ヒストグラムを生成する。この累積ヒスト
グラムは、横軸を入力画像（変換前の画像）の輝度レベ
ル、縦軸を頻度としたグラフに表すことができる。
【０００９】続いて、累積ヒストグラムの縦軸を、出力
画像の輝度値に置き換えて、補正曲線を生成する。この
とき、累積ヒストグラムの最大累積頻度（つまり、入力
画像の画素数に対応した値）を、出力画像（変換後の画
像）の階調数の最大値（Ｙｍａｘ）に対応させ、さら
に、累積ヒストグラムの最小累積頻度（つまり、０）
を、出力画像の階調数の最小値（Ｙｍｉｎ）に対応させ
るようにする。例えば、出力画像の階調数が８ビットで
あれば、累積ヒストグラムの最大累積頻度を“２５５”
という輝度値に対応させ、累積ヒストグラムの最小累積
頻度を“０”という輝度値に対応させた補正曲線を生成
する。
【００１０】さらに、このように作成した補正曲線を、
変換テーブルとしてメモリに格納する。
【００１１】そして、実際の階調圧縮処理を行う際に、
この変換テーブルを参照しながら入力された画像の輝度
値に対する出力画像の輝度値を検出し、階調数の変換を
する。
【００１２】このようにヒストグラムを作成して輝度値
の変換を行うことによって、出力画像の画像全体におけ
る輝度の分布が均一化され、コントラストが強調された
画像となる。そのため、以上のヒストグラム平均化法を
利用した階調圧縮手法では、コントラスト等の画像特性
を補正しながら、高い階調数の入力画像を低い階調数に
変換することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ヒストグラム平均化法を利用した階調圧縮手法を用いた
場合であっても、最適に輝度値の補正が行われず、変換
後の画像が見づらい画像となってしまう場合がある。
【００１４】例えば、輝度の頻度にピーク特性を有する
画像が入力された場合、ヒストグラム平均化法を利用し
た方法では、ピーク付近にある同一レベルの輝度が、広
い範囲に分散されてしまう。そのため、このような場合
は、近い輝度レベルの画素同士が、大きな輝度差を持っ
た画素に変換されてしまい、出力画像が非常に見づらく
なってしまう。また、例えば、輝度差が少ない画像が入
力された場合、ヒストグラム平均化法を利用した方法で
は、その輝度差を全階調領域に分散するように補正して
しまう。そのため、このような場合は、出力画像が全体
的に明るくなり過ぎて、見た目に不自然な画像となって
しまう。
【００１５】本発明は、このような実状を鑑みてなされ
たものであり、異なる露光量で同一の被写体を撮像し
て、その画像を合成することによりダイナミックレンジ
の広い合成画像を生成し、生成した合成画像の階調数を
圧縮して、通常の階調数に変換する。本発明は、その階
調変換の際に、輝度値の過度な補正によって見づらい画
像とすることなく、自然な出力画像を得られるように補
正を行うことができる画像撮像装置及び方法を提供する
ことを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる画像撮像装置は、異なる露出条件
で同一の被写体を複数回撮像し、露出量が異なった複数
画面分の画像を生成する撮像手段と、上記複数画面分の
画像を合成して、各画素の輝度値が第１の階調数で表現
された１つの合成画像を生成する画像合成手段と、上記
合成画像の輝度値の頻度分布を示すヒストグラムを検出
するヒストグラム検出手段と、上記合成画像の階調数
を、第２の階調数に変換して、各画素の輝度値が第２の
階調数で表現された出力画像を生成する階調数変換手段
とを備え、上記階調数変換手段は、第１の階調数と第２
の階調数との比に基づき定まる直線関数と、上記ヒスト
グラムに対応した特性を有するヒストグラム関数とを合
成した合成関数に基づき設定される変換規則によって、
第１の階調数で表現された各画素の輝度値を、第２の階
調数で表現された輝度値に変換する。
【００１７】本発明にかかる画像撮像方法は、異なる露
出条件で同一の被写体を複数回撮像し、露出量が異なっ
た複数画面分の画像を生成し、上記複数画面分の画像を
合成して、各画素の輝度値が第１の階調数で表現された
１つの合成画像を生成し、上記合成画像の輝度値の頻度
分布を示すヒストグラムを検出し、第１の階調数と第２
の階調数との比に基づき定まる直線関数と、上記ヒスト
グラムに対応した特性を有するヒストグラム関数とを合
成した合成関数に基づき設定される変換規則によって、
第１の階調数で表現された各画素の輝度値を、第２の階
調数で表現された輝度値に変換して、各画素の輝度値が
第２の階調数で表現された出力画像を生成する。
【００１８】本発明にかかる画像撮像装置及び方法で
は、第１の階調数と第２の階調数との比に基づき定まる
直線関数と、入力画像の輝度分布を示すヒストグラムに
対応した特性を有するヒストグラム関数とを合成した合
成関数に基づき設定される変換規則によって、第１の階
調数で表現された各画素の輝度値を、第２の階調数で表
現された輝度値に変換する。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態として、本発
明を適用したデジタルスチルカメラについて説明をす
る。なお、ここで説明をするデジタルスチルカメラは、
異なる露光量で同一の被写体を複数回撮像し、撮像して
得られた露光量の異なる複数の画像を加算合成して、ダ
イナミックレンジの広い画像を生成し、さらに、そのダ
イナミックレンジの広い画像の階調数を通常の出力フォ
ーマットに適合した階調数に落として画像を出力するカ
メラである。
【００２０】図１に、本発明の実施の形態のデジタルス
チルカメラのブロック構成図を示す。
【００２１】デジタルスチルカメラ１は、図１に示すよ
うに、レンズ１０と、絞りシャッタ機構１１と、ＣＣＤ
１２と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１３と、Ｓ／
Ｈ回路１４と、アナログ信号処理回路１５と、アナログ
／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１６と、画像データ加
算回路１７と、画像メモリ１８と、ホワイトバランス回
路１９と、ガンマ補正回路２０と、補間回路２１と、Ｙ
マトリクス回路２２と、Ｃマトリクス回路２３と、Ｙ階
調補正回路２４と、Ｙヒストグラム検波回路２５と、乗
算回路２６と、Ｃ階調ゲイン設定回路２７と、記録回路
２８と、コントローラ２９とを備えて構成される。
【００２２】レンズ１０は、被写体からの光をＣＣＤ１
２上に結像させる光学素子である。絞りシャッタ機構１
１は、ＣＣＤ１２へ照射される光の露光量や照射時間を
制御するための機構である。ＣＣＤ１２は、照射された
被写体像を光電変換して、電気信号を出力する。タイミ
ングジェネレータ１３は、ＣＣＤ１２の電荷転送タイミ
ング，読み出しタイミング，シャッタータイミング等を
生成する。ＣＣＤ１２から出力された信号は、Ｓ／Ｈ回
路１４に供給される。
【００２３】Ｓ／Ｈ回路１４は、入力信号に対して相関
二重サンプリング処理を施し、アナログ画像信号を生成
する。Ｓ／Ｈ回路１４から出力されたアナログ画像信号
は、アナログ信号処理回路１５に供給される。アナログ
信号処理回路１５は、アナログ画像信号を所定のレベル
に増幅し、白／黒バランス調整等の各種アナログ信号処
理を行う。アナログ信号処理回路１５から出力されたア
ナログ画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１６に供給され
る。Ａ／Ｄコンバータ１６は、アナログ画像信号をデジ
タルの画像信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１６から
出力されたデジタル画像信号は、画像データ加算回路１
７に供給される。
【００２４】画像データ加算回路１７は、異なる露光量
で撮像された複数の同一の被写体の画像をメモリ１８に
格納しておき、これらを加算合成して合成画像データを
生成する。ここで、合成画像データの階調数は、合成前
の元画像の階調数に、合成した枚数を乗じた階調数とな
る。例えば、階調数が８ビット（２５６階調）の４枚の
元画像を加算合成するのであれば、合成画像データの階
調数は、１０ビット（２５６×４階調）となる。画像デ
ータ加算回路１７により生成された合成画像データは、
ホワイトバランス回路１９に供給される。
【００２５】ホワイトバランス回路１９は、合成画像デ
ータに対して、ホワイトバランス処理を行う。ホワイト
バランス回路１９から出力された合成画像データは、ガ
ンマ補正回路２０に供給される。ガンマ補正回路２０
は、合成画像データに対してガンマ補正を行う。ガンマ
補正回路２０から出力された合成画像データは、補間回
路２１に供給される。補間回路２１は、補色で構成され
る合成画像データに対して色補間処理を行い、Ｒ，Ｇ，
Ｂ成分から構成される画像データに変換する。Ｒ，Ｇ，
Ｂ成分から構成される合成画像データは、Ｙマトリクス
回路２２及びＣマトリクス回路２３に供給される。
【００２６】Ｙマトリクス回路２２は、Ｒ，Ｇ，Ｂ成分
から構成される合成画像データに対してマトリクス演算
を行い、合成画像の輝度（Ｙ）成分を抽出する。抽出さ
れた輝度データは、Ｙ階調補正回路２４、Ｙヒストグラ
ム検波回路２５及びＣ階調ゲイン設定回路２７に供給さ
れる。Ｃマトリクス回路２３は、Ｒ，Ｇ，Ｂ成分から構
成される合成画像データに対してマトリクス演算を行
い、合成画像の色差（Ｃｒ／Ｃｂ）成分を抽出する。抽
出された色差データは、乗算回路２６に供給される。
【００２７】Ｙ階調補正回路２４は、内部にＹ階調補正
テーブルを有し、このＹ階調補正テーブルを参照して、
入力された輝度データ（Ｙｉｎ）の値を、所定の値に変
換する。Ｙ階調補正テーブルには、入力輝度データ（Ｙ
ｉｎ）のビット数単位で表された輝度値に対応して、出
力輝度データ（Ｙｏｕｔ）のビット単位で表された輝度
値が示されている。Ｙ階調補正回路２４は、このＹ階調
補正テーブルに記述された対応関係に従い、入力された
輝度値の階調数を変換する。Ｙ階調補正回路２４は、例
えば、１０ビットの階調数の入力輝度データ（Ｙｉｎ）
を、８ビットの階調数の出力輝度データ（Ｙｏｕｔ）に
圧縮する。従って、Ｙ階調補正回路２４により、輝度デ
ータの階調数が所定の階調数に圧縮され、それととも
に、Ｙ階調補正テーブルに記述された特性に応じて、輝
度レベルの補正が行われる。なお、Ｙ階調補正テーブル
は、コントローラ２９により設定されるが、その設定内
容については詳細を後述する。Ｙ階調補正回路２４によ
り階調数が圧縮された輝度データ（Ｙｏｕｔ）は、記録
回路２８に供給される。
【００２８】Ｙヒストグラム検波回路２５は、Ｙマトリ
クス回路２２から合成画像１画面分の輝度データが入力
され、入力された輝度データに基づき合成画像１画面内
の各輝度値の発生頻度を示すヒストグラムを検出する。
例えば、このヒストグラムは、例えば、入力された１画
面分の合成画像内の全輝度データを検索し、検索して得
られた全輝度データを同一の輝度（或いは所定の範囲の
輝度）毎に分類して、その分類毎に画素数を算出する。
そして、算出した画素数を低い輝度値から順番に羅列し
たデータ群を作成する。これがヒストグラムとなる。従
って、ヒストグラムは、横軸を輝度値（或いはある一定
の輝度範囲）とし、縦軸をその画面内における発生頻度
としたグラフとして表すことができる。Ｙヒストグラム
検波回路２５により生成されたヒストグラムは、コント
ローラ２９に供給され、Ｙ階調補正テーブルの生成、並
びに、Ｃ補正ゲインテーブルの生成のために利用され
る。
【００２９】乗算回路２６は、Ｃマトリクス回路２３か
ら供給された色差データ（Ｃｉｎ）に、Ｃ階調ゲイン設
定回路２７から供給される補正ゲイン（Ｃｇ）を乗算し
て、入力された色差データの階調数を変換するととも
に、入力される補正ゲインの特性に応じた色差レベルの
補正が行われる。例えば、乗算回路２６は、１０ビット
の階調数の入力色差データ（Ｃｉｎ）を、８ビットの階
調数の出力色差データ（Ｃｏｕｔ）に変換する。乗算回
路２６により階調数が圧縮された色差データ（Ｃｏｕ
ｔ）は、記録回路２８に供給される。
【００３０】Ｃ階調ゲイン設定回路２７は、内部にＣ補
正ゲインテーブルを有し、このＣ補正ゲインテーブルを
参照して、入力された輝度データ（Ｙｉｎ）の値に対応
した補正ゲイン（Ｃｇ）を出力する。Ｃ補正ゲインテー
ブルには、入力輝度データ（Ｙｉｎ）のビット数単位で
表された輝度値に対応して、補正ゲイン（Ｃｇ）が示さ
れている。Ｃ階調ゲイン設定回路２７は、このＣ補正ゲ
インテーブルに記述された対応関係に従い、補正ゲイン
（Ｃｇ）を出力する。本デジタルスチルカメラ１では、
輝度値の階調圧縮とともにレベル補正を行っているが、
輝度値を補正した場合、同様に色差値も補正しなけれ
ば、出力される色がくるってしまう。そのため、本デジ
タルスチルカメラ１では、入力された輝度値に対応させ
た色差データの補正量（補正ゲイン（Ｃｇ））を生成
し、この補正量をＣマトリクス回路２３から出力された
色差データ（Ｃｉｎ）に乗じることとしている。またさ
らに、この補正ゲイン（Ｃｇ）を乗じることによって、
色差データの階調数も、圧縮している。なお、Ｃ補正ゲ
インテーブルは、コントローラ２９により設定される
が、その設定内容については詳細を後述する。
【００３１】記録回路２８は、階調圧縮がされた輝度デ
ータ及び色差データが入力され、これらのデータを内部
の記録媒体に記録する。
【００３２】コントローラ２９は、異なる露光量で同一
の被写体を複数回撮像するための絞り量やシャッタ速度
の制御，画像データの取り込み等の制御、合成画像デー
タの生成制御、Ｙ階調補正回路２４に格納するＹ階調補
正テーブルの生成、Ｃ階調ゲイン設定回路２７に格納さ
れるＣ補正ゲインテーブルの生成等の各種制御を行う。
【００３３】以上のような構成のデジタルスチルカメラ
１では、異なる露光量で同一の被写体を複数回撮像する
高ダイナミックレンジの撮影モードを有している。デジ
タルスチルカメラ１は、この高ダイナミックレンジモー
ドに入ると以下のような動作を行う。
【００３４】まず、コントローラ２９は、絞りシャッタ
機構１１を制御して、段階的に絞りを変化させながら、
同一被写体の画像を複数枚撮像する。この結果、同一の
被写体に対して露光量が異なる複数枚の画像データが生
成される。また、例えば、コントローラ２９は、タイミ
ングジェネレータ１３を制御して、段階的に電子シャッ
タスピードを変化させながら同一の被写体の画像を複数
枚撮像しても良いし、また、アナログ信号処理回路１５
を制御して段階的にゲインを変化させながら同一の被写
体の画像を複数枚撮像してもよい。このようにシャッタ
スピードやゲインを変化させても、同一の被写体に対し
て露光量が異なる複数枚の画像データを生成することが
できる。撮像された複数枚の画像は、一旦画像メモリ１
８に格納される。
【００３５】画像データ加算回路１７は、複数枚の画像
の撮像を終了した後、画像メモリ１８に格納されている
複数枚の画像データを加算合成して、合成画像データを
生成する。例えば、８ビットの階調数の画像データを４
枚合成して、１０ビットの階調数の合成画像データを生
成する。
【００３６】合成画像データを生成すると、続いて、Ｙ
ヒストグラム検波回路２５によって、この合成画像デー
タの輝度値のヒストグラムを検出する。検出したヒスト
グラムは、コントローラ２９に供給される。コントロー
ラ２９は、検出したヒストグラムに基づき、Ｙ階調補正
テーブル及びＣ補正ゲインテーブルを作成する。コント
ローラ２９により作成されたＹ階調補正テーブルはＹ階
調補正回路２４に格納される。また、コントローラ２９
により作成されたＣ補正ゲインテーブルは、Ｃ階調ゲイ
ン設定回路２７に格納される。
【００３７】各テーブルが格納されると、続いて、合成
画像データの階調圧縮処理が開始される。すなわち、輝
度データの階調数がＹ階調補正回路２４で圧縮され、色
差データの階調数が乗算回路２６によって圧縮される。
例えば１０ビット階調の輝度データ及び色差データが、
８ビット階調のデータに変換される。このことにより、
合成画像データは、記録フォーマットに対応した階調数
のデータに変換される。そして、記録回路２８が、階調
圧縮された輝度データ及び色差データを記録媒体に記録
する。
【００３８】以上のように本デジタルスチルカメラ１で
は、ダイナミックレンジが広い画像を撮像することがで
きる。
【００３９】つぎに、輝度データの階調圧縮をするため
のＹ階調補正テーブルの作成アルゴリズムについて説明
をする。
【００４０】図２に、Ｙ階調補正テーブルの作成アルゴ
リズムを実現するための機能ブロックを示す。
【００４１】Ｙ階調補正テーブルの作成アルゴリズム
は、図２に示すように、累積ヒストグラム生成部３１
と、ヒストグラム補正カーブ生成部３２と、単純補正直
線生成部３３と、合成部３４とから構成される。
【００４２】累積ヒストグラム生成部３１には、Ｙヒス
トグラム検波回路２５から、合成画像の輝度のヒストグ
ラムが入力される。ヒストグラムは、横軸が合成画像の
輝度値Ｘｎ（ｎ＝１，２，３，…，ｍａｘ）、縦軸が輝
度の頻度Ｈ（Ｘｎ）としたグラフ上に表した場合、図３
（Ａ）に示すようになる。
【００４３】累積ヒストグラム生成部３１は、Ｙヒスト
グラム検波２５から供給される以上のようなヒストグラ
ムを、低い輝度値（Ｘ１）からもっとも高い輝度値（Ｘ
ｍａ ｘ）まで累積加算していき、図３（Ｂ）に示すよう
な、累積ヒストグラムを生成する。例えば、輝度Ｘｎの
頻度をＨ（Ｘｎ）とするならば累積頻度ΣＨ（Ｘｎ）は
以下のようになる。 ΣＨ（Ｘ１）＝Ｈ（Ｘ１） ΣＨ（Ｘ２）＝Ｈ（Ｘ１）＋Ｈ（Ｘ２） ΣＨ（Ｘ３）＝Ｈ（Ｘ０１）＋Ｈ（Ｘ２）＋Ｈ（Ｘ３） … ΣＨ（Ｘｍａｘ）＝Ｈ（Ｘ１）＋Ｈ（Ｘ２）＋Ｈ
（Ｘ３）＋ … ＋Ｈ（Ｘｍａ ｘ）。
【００４４】ヒストグラム補正カーブ生成部３２には、
累積ヒストグラム生成部３１により生成された累積ヒス
トグラムが入力される。ヒストグラム補正カーブ生成部
３２は、図３（Ｃ）に示すように、累積ヒストグラムの
縦軸ΣＨ（ｘｎ）を、出力画像の輝度値（Ｙｎ）に置き
換えて、ヒストグラム補正曲線を生成する。このとき、
ヒストグラム補正曲線は、累積ヒストグラムの最大累積
頻度（ΣＨ（Ｘｍａｘ））を、出力画像の階調数の最大
値（Ｙｍａｘ）に対応させ、さらに、累積ヒストグラム
の最小累積頻度（つまり、０）を、出力画像の階調数の
最小値（Ｙｍｉ ｎ）に対応させるように設定する。例え
ば、出力画像の階調数が８ビットであれば、累積ヒスト
グラムの最大累積頻度を“２５５”という輝度値に対応
させ、累積ヒストグラムの最小累積頻度を“０”という
輝度値に対応させたヒストグラム補正曲線を生成する。
【００４５】なお、ヒストグラム補正曲線を生成する場
合、Ｘｍａｘの値は、合成画像の階調数の最大値として
もよいし、或いは、実際に得られる輝度データの最大値
としてもよい。Ｘｍａｘの値を実際に得られる輝度デー
タの最大値とすると、高輝度領域に信号成分がない画像
の場合に、出力画像の階調範囲を最大限利用したダイナ
ミックレンジの広い画像を生成することができる。
【００４６】単純補正直線生成部３３は、単純補正直線
を生成する。この単純補正直線は、図４（Ａ）に示すよ
うに、Ｙｎ＝（Ｙｍａｘ／Ｘｍａｘ）Ｘｎで表される直
線である。Ｙｍａｘは、出力画像の階調数の最大値であ
り、Ｘｍａｘは合成画像（変換前の画像）の階調数の最
大値である。例えば、出力画像が８ビット階調であれば
Ｙｍａｘは２５６となり、合成画像が１０ビット階調で
あればＸｍａｘは１０２４となり、Ｙｎ＝（１／４）Ｘ
ｎといった直線となる。
【００４７】なお、単純補正直線を生成する場合、Ｘ
ｍａｘの値は、合成画像の階調数の最大値とせずに、実
際に得られる輝度データの最大値としてもよい。Ｘ
ｍａｘの値を実際に得られる輝度データの最大値とする
ことにより、高輝度領域に信号成分がない画像の場合
に、出力画像の階調範囲を最大限利用したダイナミック
レンジの広い画像を生成することができる。
【００４８】合成部３４は、ヒストグラム補正曲線と単
純補正直線とを所定の合成比を乗じて、加算合成をす
る。例えば、合成比Ｇを０〜１の範囲で設定し、ヒスト
グラム補正曲線には“Ｇ”を乗算し、単純補正直線に
は、このＧの補数（１−Ｇ）を乗算し、その後両者を加
算合成する。このように加算合成すると、図４（Ｂ）に
示すような、合成補正曲線を生成することができる。合
成部３４は、生成した合成補正曲線を、Ｙ階調補正テー
ブルとして、Ｙ階調補正回路２４内のメモリに格納す
る。
【００４９】なお、ヒストグラム補正曲線と単純補正直
線との合成比Ｇを適宜最適に変更することによって、輝
度レベルの補正割合を変更することができる。例えば、
ヒストグラムの分布の様子などを観察して、あまり輝度
補正を行いたくない場合には単純補正直線の比率を多く
し、強めに輝度補正をしたい場合にはヒストグラム補正
曲線の比率を多くすればよい。
【００５０】つぎに、Ｃ階調ゲイン補正テーブルの作成
アルゴリズムについて説明をする。
【００５１】図５に、Ｃ階調ゲイン補正テーブルの作成
アルゴリズムを実現するための機能ブロックを示す。
【００５２】Ｃ階調ゲイン補正テーブルの作成アルゴリ
ズムは、図５に示すように、ヒストグラムゲイン補正カ
ーブ生成部４１と、単純補正ゲイン直線生成部４２と、
合成部４３とから構成される。
【００５３】ヒストグラムゲイン補正カーブ生成部４１
には、Ｙヒストグラム検波回路２５から、合成画像の輝
度のヒストグラムが入力され、このヒストグラムに基づ
きヒストグラム補正ゲイン曲線を生成する。このヒスト
グラム補正ゲイン曲線は、図６（Ａ）に示すように、入
力される合成画像の輝度値に対する、補正ゲインＣｇの
値を示した曲線である。すなわち、このヒストグラム補
正ゲイン曲線は、ヒストグラムに基づき輝度値を補正し
た場合における色差データの補正割合を示した曲線であ
る。
【００５４】単純補正ゲイン直線生成部４２は、単純補
正ゲイン直線を生成する。この単純補正ゲイン直線は、
輝度値を補正しない場合における色差データの補正量を
示している。すなわち、輝度値を補正しなければ、輝度
値も補正しなくて良いため、図６（Ｂ）に示すように、
この単純補正ゲイン直線生成部４２により生成される補
正ゲインＣｇは、合成画像の輝度値に関わらず常に
“１”という値となる。
【００５５】合成部４３は、ヒストグラム補正ゲイン曲
線と単純補正ゲイン直線とを所定の合成比を乗じて、加
算合成をする。例えば、合成比Ｇを０〜１の範囲で設定
し、ヒストグラム補正ゲイン曲線には“Ｇ”を乗算し、
単純補正ゲイン直線には、このＧの補数（１−Ｇ）を乗
算し、その後両者を加算合成する。このように加算合成
すると、図６（Ｃ）に示すような、合成補正ゲイン曲線
を生成することができる。合成部４３は、生成した合成
補正ゲイン曲線を、Ｃ補正ゲインテーブルとして、Ｃ階
調ゲイン設定回路２７内のメモリに格納する。
【００５６】本デジタルスチルカメラ１では、以上のよ
うな合成補正ゲイン曲線に基づき得られる補正ゲインＣ
ｇが、色差データに乗算されることによって、色差値の
補正が行われる。さらに、例えば、この補正された色差
データの下位ビットを切り捨てることによって、階調変
換が行われる。
【００５７】以上のように本発明の実施の形態の本デジ
タルスチルカメラ１では、階調数を単純に直線変換する
単純補正直線と、ヒストグラムに基づき輝度値が平均化
されるように補正するヒストグラム補正曲線とを合成し
た補正曲線により、階調変換が行われる。
【００５８】このような補正曲線により階調変換がされ
ると、輝度の頻度にピーク特性を有する画像や、輝度差
が少ない画像が入力された場合であっても、見た目に不
自然な画像となることを抑制することができる。
【００５９】なお、本実施の形態では、ヒストグラム補
正曲線と単純補正直線との合成比Ｇを、全ての輝度レベ
ルに対して均一にした例を示したが、図７に示すように
低輝度領域又は高輝度領域或いはその両者に、リミット
値（lim1,lim2）を設定し、低輝度領域、中間領域、高
輝度領域で、それぞれで合成比Ｇを変えるようにしても
よい。例えば、低輝度領域と高域度領域をともに直線比
率を“１”に設定すれば（つまり、ヒストグラム補正曲
線の割合が０）、これらの領域にはヒストグラムによる
平均化処理が行われず、例えば、全体的に黒が浮いてし
まってしまりのない画像になることを抑制することがで
きる。
【００６０】また、例えば、図８に示すように、低輝度
領域については、出力画像の輝度値を全て０とし、高輝
度領域については出力画像の輝度値を全て最大値とする
ような、補正曲線としてもよい。この場合、リミット値
は、入力値の最小値と最大値に設定したり、或いは、上
下所定の割合（例えば、上下３パーセント）といったよ
うに設定してもよい。このように設定することにより、
高輝度領域及び低輝度領域に多く含まれているノイズを
除去することができる。なお、この際の単純補正直線
は、以下のように設定される。 Ｘｎ＜ｌｉｍ１ ：Ｙｎ＝０ ｌｉｍ１≦Ｘｎ≦ｌｉｍ２ ：Ｙｎ＝｛Ｙｍａｘ／（ｌ
ｉｍ２−ｌｉｍ１）｝Ｘｎ Ｘｎ＞ｌｉｍ２ ：Ｙｎ＝Ｙｍａｘ
。
【００６１】また、本実施の形態では、Ｙヒストグラム
検波回路２５でヒストグラムを検波する際に、合成画像
の全画素の輝度レベルを検波する例を示したが、全画素
の輝度レベルではなく、部分的に抽出する画素を間引い
て輝度レベルを検波してもよい。画像のある程度の輝度
分布特性を得られれば、補正曲線を生成することができ
るためである。また、同一条件で再度撮影を行う場合に
は、過去に撮影したヒストグラム又は階調補正テーブル
等を保存しておき、再度それらのデータを利用すれば、
処理時間の短縮化を図ることができる。
【００６２】
【発明の効果】本発明にかかる画像撮像装置及び方法で
は、第１の階調数と第２の階調数との比に基づき定まる
直線関数と、入力画像の輝度分布を示すヒストグラムに
対応した特性を有するヒストグラム関数とを合成した合
成関数に基づき設定される変換規則によって、第１の階
調数で表現された各画素の輝度値を、第２の階調数で表
現された輝度値に変換する。
【００６３】本発明は、このような実状を鑑みてなされ
たものであり、異なる露光量で同一の被写体を撮像し
て、その画像を合成することによりダイナミックレンジ
の広い合成画像を生成し、生成した合成画像の階調数を
圧縮して、通常の階調数に変換することができる。その
際に、本発明では、輝度値の過度な補正によって見づら
い画像とすることなく、自然な出力画像を得られるよう
に補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロ
ック図である。
【図２】Ｙ階調補正テーブルの作成アルゴリズムを説明
するためのブロック図である。
【図３】ヒストグラム、累積ヒストグラム並びにコント
ラスト補正曲線を説明するための図である。
【図４】単純補正直線、合成補正曲線を説明するための
図である。
【図５】Ｃゲイン補正テーブルの作成アルゴリズムを説
明するためのブロック図である。
【図６】コントラスト補正ゲイン曲線、単純補正ゲイン
直線、合成補正ゲイン曲線を説明するための図である。
【図７】Ｙ階調補正テーブルの変形例を説明するための
図である。
【図８】Ｙ階調補正テーブルの他の変形例を説明するた
めの図である。
【符号の説明】
１ デジタルスチルカメラ、１０ レンズ、１１ 絞り
シャッタ機構、１２ＣＣＤ、１３ タイミングジェネレ
ータ、１４ Ｓ／Ｈ回路、１５ アナログ信号処理回
路、１６ アナログ／デジタルコンバータ、１７ 画像
データ加算回路、１８ 画像メモリ、１９ ホワイトバ
ランス回路、２０ ガンマ補正回路、２１ 補間回路、
２２ Ｙマトリクス回路、２３ Ｃマトリクス回路、２
４ Ｙ階調補正回路、２５ Ｙヒストグラム検波回路、
２６ 乗算回路、２７ Ｃ階調ゲイン設定回路、２８
記録回路、２９ コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/20 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｑ 5/335 101:00 // Ｈ０４Ｎ 101:00 1/40 １０１Ｅ Ｆターム(参考） 5B057 AA20 BA02 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CE08 CE11 DA17 DB02 DB06 DB09 DC23 DC36 5C021 PA02 PA17 PA77 XA03 XA14 XA35 YC07 ZA02 5C022 AA13 AB03 AB19 AC42 5C024 BX01 CX46 GY01 HX18 HX58 5C077 LL01 LL19 MP08 PP15 PP23 PP32 PP34 PP43 PP47 PP61 PQ12 PQ19 PQ23 RR06 RR11 TT09

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる露出条件で同一の被写体を複数回
    撮像し、露出量が異なった複数画面分の画像を生成する
    撮像手段と、 上記複数画面分の画像を合成して、各画素の輝度値が第
    １の階調数で表現された１つの合成画像を生成する画像
    合成手段と、 上記合成画像の輝度値の頻度分布を示すヒストグラムを
    検出するヒストグラム検出手段と、 上記合成画像の階調数を、第２の階調数に変換して、各
    画素の輝度値が第２の階調数で表現された出力画像を生
    成する階調数変換手段とを備え、 上記階調数変換手段は、 第１の階調数と第２の階調数との比に基づき定まる直線
    関数と、上記ヒストグラムに対応した特性を有するヒス
    トグラム関数とを合成した合成関数に基づき設定される
    変換規則によって、第１の階調数で表現された各画素の
    輝度値を、第２の階調数で表現された輝度値に変換する
    画像撮像装置。
  2. 【請求項２】 上記階調数変換手段は、合成画像の輝度
    値に下限リミット値と、この下限リミット値より高い上
    限リミット値とを設定し、 上記合成関数は、下限リミット値以下の部分及び／又は
    上限リミット値以上の部分が、上記直線関数となってい
    ることを特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
  3. 【請求項３】 上記階調数変換手段は、 合成画像の輝度値に下限リミット値と、この下限リミッ
    ト値より高い上限リミット値とを設定し、 合成画像の輝度値が下限リミット値以下の値のときに
    は、出力値が０となり、 合成画像の輝度値が上限リミット値以上の値のときに
    は、出力値が最大値となり、 合成画像の輝度値が下限リミット値から上限リミット値
    までの値のときには、 上限リミット値と下限リミット値との差分値と、第２の
    階調数との比に基づき定まる直線関数と、上記ヒストグ
    ラム関数とを合成した合成関数に基づき設定される変換
    規則によって、第１の階調数で表現された各画素の輝度
    値を、第２の階調数で表現された輝度値に変換すること
    を特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
  4. 【請求項４】 異なる露出条件で同一の被写体を複数回
    撮像し、露出量が異なった複数画面分の画像を生成し、 上記複数画面分の画像を合成して、各画素の輝度値が第
    １の階調数で表現された１つの合成画像を生成し、 上記合成画像の輝度値の頻度分布を示すヒストグラムを
    検出し、 第１の階調数と第２の階調数との比に基づき定まる直線
    関数と、上記ヒストグラムに対応した特性を有するヒス
    トグラム関数とを合成した合成関数に基づき設定される
    変換規則によって、第１の階調数で表現された各画素の
    輝度値を、第２の階調数で表現された輝度値に変換し
    て、各画素の輝度値が第２の階調数で表現された出力画
    像を生成する画像撮像方法。
  5. 【請求項５】 合成画像の輝度値に下限リミット値と、
    この下限リミット値より高い上限リミット値とを設定
    し、 上記合成関数は、下限リミット値以下の部分及び／又は
    上限リミット値以上の部分が、上記直線関数となってい
    ることを特徴とする請求項４記載の画像撮像方法。
  6. 【請求項６】 合成画像の輝度値に下限リミット値と、
    この下限リミット値より高い上限リミット値とを設定
    し、 合成画像の輝度値が下限リミット値以下の値のときに
    は、出力値が０となり、 合成画像の輝度値が上限リミット値以上の値のときに
    は、出力値が最大値となり、 合成画像の輝度値が下限リミット値から上限リミット値
    までの値のときには、上限リミット値と下限リミット値
    との差分値と、第２の階調数との比に基づき定まる直線
    関数と、上記ヒストグラム関数とを合成した合成関数に
    基づき設定される変換規則によって、第１の階調数で表
    現された各画素の輝度値を、第２の階調数で表現された
    輝度値に変換することを特徴とする請求項４記載の画像
    撮像方法。
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