JP2004274473A - デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】高感度画像データと低感度画像データとを合成して撮像画像データのダイナミックレンジを拡大する機能と、リバーサル調の撮像画像データをユーザに提供する。
【解決手段】高感度画像データと低感度画像データとを合成処理しダイナミックレンジを所定レンジに広げた合成画像データを生成する画像合成処理手段４４と、リバーサル調で画像合成を行うか否かを指示入力させる入力手段と、該入力手段からリバーサル調で画像合成する指示が入力されたとき前記合成画像データのダイナミックレンジが前記所定レンジよりも狭いレンジ幅となるように前記高感度画像データと前記低感度画像データとを前記画像合成処理手段４４に合成処理させる制御手段とを設ける。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リバーサルフィルムを使用し銀塩フィルムカメラで被写体を撮像したときに得られる色再現性に近い撮像画像データ（以下、リバーサル調の撮像画像データという。）を得ることができるデジタルカメラに係り、特に、高感度画像と低感度画像とを撮像し両者を合成することで広ダイナミックレンジの撮像画像データを生成する機能とリバーサル調の撮像画像データを生成する機能とを合わせ持つデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リバーサルフィルムを多用するフィルムカメラのユーザがデジタルカメラのユーザに移行する場合、自分の好みの色再現が可能であるか否かや、好みの色再現のための操作が容易であるか否かが、デジタルカメラの機種選択の重要な要素となる。このため、従来のデジタルカメラでは、例えば下記特許文献１（特開２００１―３４６２１８号公報）に記載されている様に、カメラにフィルム種類に対応した複数の色再現特性情報を予め格納しておき、ユーザの選択した色再現特性情報を用いて撮像画像データを変換する様にしている。
【０００３】
また、この一方で、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタルカメラでは、固体撮像素子の各画素を構成するフォトダイオードに蓄積される電荷の飽和量が高画素化すなわちフォトダイオードの微細化に伴って小さくなり、撮像画像のダイナミックレンジが狭くなってしまうという欠点が顕著になってきている。
【０００４】
このため、例えば下記特許文献２（特開２００１―８１０４号公報）に記載されている様に、固体撮像素子に、高感度画素と低感度画素の２種類の画素を設け、高感度画素から得られた高感度画像データと、低感度画素から得られた低感度画像データとを合成処理することで、被写体画像のダイナミックレンジを広げるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１―３４６２１８号公報
【特許文献２】
特開２００１―８１０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、高感度画像データと低感度画像データとを合成して広ダイナミックレンジの撮像画像データを得るデジタルカメラでは、ハイライトのニー補正などによってハイライトの情報を得ており、４００％のハイライト情報を出力することができる。しかし、このことは逆に、リバーサル調の撮像画像データ、すなわち、ダイナミックレンジが狭くコントラストのハッキリした撮像画像データが得にくいことを意味する。
【０００７】
また、合成された後の画像データを色再現特性情報で変換しても、ユーザの好みに応じたリバーサル調の撮像画像データが得られないという問題もある。
【０００８】
本発明の目的は、高感度画像データと低感度画像データとを合成して撮像画像データのダイナミックレンジを拡大する機能とリバーサル調の撮像画像データを容易に得ることができる機能とを搭載したデジタルカメラを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のデジタルカメラは、高感度画像データと低感度画像データとを合成処理しダイナミックレンジを所定レンジに広げた合成画像データを生成する画像合成処理手段と、リバーサル調で画像合成を行うか否かを指示入力させる入力手段と、該入力手段からリバーサル調で画像合成する指示が入力されたとき前記合成画像データのダイナミックレンジが前記所定レンジよりも狭いレンジ幅となるように前記高感度画像データと前記低感度画像データとを前記画像合成処理手段に合成処理させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、通常の撮影時には広ダイナミックレンジの合成画像データが得られ、ユーザがリバーサル調を選択するという簡単な操作を行うだけで、ダイナミックレンジが制限された合成画像データが得られる。
【００１１】
本発明のデジタルカメラの前記画像合成処理手段は、前記高感度画像データと前記低感度画像データとを第１パラメータ値に基づく混合割合で合成して前記所定レンジの合成画像データを生成し、前記第１パラメータ値に代わる第２パラメータ値に基づく混合割合で合成することで合成画像データのレンジ幅を狭くすることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、ダイナミックレンジの制御が容易となり、種々の色再現が可能となる。
【００１３】
本発明のデジタルカメラは、前記第１パラメータ値及び前記第２パラメータ値とが夫々ダイナミックレンジに応じたテーブルデータとして予めメモリに格納されており、前記制御手段は、前記入力手段からの入力指示に基づき前記メモリから該当するテーブルデータを読み出し前記画像合成処理手段に出力することを特徴とする。
【００１４】
この構成により、様々なダイナミックレンジ幅に応じたテーブルデータを予め設定でき、ユーザの好みの多様性に容易に対処可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。この実施形態ではデジタルスチルカメラを例に説明するが、デジタルビデオカメラや携帯電話機等の小型電子機器に搭載されたカメラ等の他の種類のデジタルカメラにも本発明を適用可能である。
【００１７】
図１に示すデジタルスチルカメラは、撮影レンズ１０と、固体撮像素子１１と、この両者の間に設けられた絞り１２と、赤外線カットフィルタ１３と、光学ローパスフィルタ１４とを備える。デジタルスチルカメラの全体を制御するＣＰＵ１５は、フラッシュ用の発光部１６及び受光部１７を制御し、また、レンズ駆動部１８を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部１９を介し絞り１２の開口量を制御して露光量が適正露光量となるように調整する。
【００１８】
また、ＣＰＵ１５は、撮像素子駆動部２０を介して固体撮像素子１１を駆動し、撮影レンズ１０を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。また、ＣＰＵ１５には、入力手段である操作部２１を通してユーザの指示信号が入力され、ＣＰＵ１５はこの指示に従って各種制御を行う。
【００１９】
デジタルスチルカメラの電気制御系は、固体撮像素子１１の出力に接続されたアナログ信号処理部２２と、このアナログ信号処理部２２から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２３とを備え、これらはＣＰＵ１５によって制御される。
【００２０】
更に、このデジタルスチルカメラの電気制御系は、メインメモリ２４に接続されたメモリ制御部２５と、詳細は後述するデジタル信号処理部２６と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部２７と、測光データを積算してホワイトバランスのゲインを調整させる積算部２８と、着脱自在の記録媒体２９が接続される外部メモリ制御部３０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部３１が接続される表示制御部３２とを備え、これらは、制御バス３３及びデータバス３４によって相互に接続され、ＣＰＵ１５からの指令によって制御される。
【００２１】
尚、図１に示すデジタル信号処理部２６や、アナログ信号処理部２２，Ａ／Ｄ変換回路２３等は、これを夫々別回路としてデジタルスチルカメラに搭載することもできるが、これらを固体撮像素子１１と同一半導体基板上にＬＳＩ製造技術を用いて製造し、１つの固体撮像装置とするのがよい。
【００２２】
図２は、本実施形態で使用する固体撮像素子１１の画素配置図である。広ダイナミックレンジの画像を撮像するＣＣＤ部分の画素１は、例えば特開平１０―１３６３９１号公報に記載されている画素配置をとり、偶数行の各画素に対して奇数行の各画素が水平方向に１／２ピッチずらして配置され、各画素から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送路（図示せず）が、垂直方向の各画素を避けるように蛇行配置される構成をとっている。
【００２３】
そして、本実施形態に係る各画素１は、図示する例では、画素１の面積の約１／５を占める低感度画素（副画素）２と、残りの約４／５を占める高感度画素（主画素）３とに分割して設けられ、各低感度画素２の信号電荷と、各高感度画素３の信号電荷とを区別して上記垂直転送路に読み出し転送することができるようになっている。
【００２４】
尚、画素１をどのような割合、どの様な位置で分割するかは設計的に決められるものであり、図２は単なる例示に過ぎない。また、固体撮像素子１１は、図２に示す様なハニカム画素配置のＣＣＤを例に説明したが、ベイヤー方式のＣＣＤやＣＭＯＳセンサでも良い。また、高感度画素と低感度画素とを合わせ持つ固体撮像素子は、図２に例示するものに限らず、例えば、図３に示す様に、同一寸法形状に形成された多数のフォトダイオード（図示せず）の上に設けるマイクロレンズの開口面積を変え、高感度画素３と低感度画素２とを設けるものでもよい。
【００２５】
図４は、デジタル信号処理部２６の処理構成図である。このデジタル信号処理部２６は、図２に示す高感度画素３から出力されＡ／Ｄ変換回路２３でデジタルデータに変換された高感度（高出力）画像信号と、低感度画素２から出力されＡ／Ｄ変換回路２３でデジタルデータに変換された低感度（低出力）画像信号とを取り込み、夫々ガンマ補正した後に加算処理する対数加算方式を採用している。
【００２６】
図４において、デジタル信号処理部２６は、高感度画像のデジタル信号でなるＲＧＢ色信号を取り込んでオフセット処理を行うオフセット補正回路４１ａと、オフセット補正回路４１ａの出力信号のホワイトバランスをとるゲイン補正回路４２ａと、ゲイン補正後の色信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正回路４３ａと、低感度画像のデジタル信号でなるＲＧＢ色信号を取り込んでオフセット処理を行うオフセット補正回路４１ｂと、オフセット補正回路４１ｂの出力信号のホワイトバランスをとるゲイン補正回路４２ｂと、ゲイン補正後の色信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正回路４３ｂとを備える。オフセット補正後の信号に対してリニアマトリクス処理などを行う場合には、ゲイン補正回路４２ａ，４２ｂとガンマ補正回路４３ａ，４３ｂとの間で行う。
【００２７】
デジタル信号処理部２６は、更に、各ガンマ補正回路４３ａ，４３ｂの両出力信号を取り込んで画像合成処理を行う画像合成処理回路４４と、画像合成後のＲＧＢ色信号を補間演算して各画素位置におけるＲＧＢ３色の信号を求めるＲＧＢ補間演算部４５と、ＲＧＢ信号から輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ，Ｃｂとを求めるＲＧＢ／ＹＣ変換回路４６と、輝度信号Ｙや色差信号Ｃｒ，Ｃｂからノイズを低減するノイズフィルタ４７と、ノイズ低減後の輝度信号Ｙに対して輪郭補正を行う輪郭補正回路４８と、色差信号Ｃｒ，Ｃｂに対して色差マトリクスを乗算して色調補正を行う色差マトリクス回路４９とを備える。
【００２８】
本実施形態に係るデジタルスチルカメラには、銀塩フィルムカメラでネガフィルムを使用して撮影する場合に対応する通常撮影機能と、ポジフィルムを使用して撮影する場合に対応するリバーサル撮影機能とが用意されている。通常撮影機能を働かせて撮像したときは、ダイナミックレンジの広い合成画像データが生成され、リバーサル撮影機能を働かせて撮像したときは、後述するようにダイナミックレンジが制限されたリバーサル調の合成画像データが生成される。
【００２９】
この通常撮影機能とリバーサル撮影機能とを実現するために、本実施形態では、ＣＰＵ１５内の図示しないＲＯＭ等に予め通常撮影用パラメータ５１とリバーサル撮影用パラメータ５２とを格納しておき、ユーザが操作部２１から入力指示した撮影機能に基づいてＣＰＵ１５がパラメータ選択信号を発生し、該当する撮影用パラメータの値が主として合成処理回路４４に与えられ、高感度画像データと低感度画像データとが合成される。
【００３０】
以下、先ず、通常撮影機能を働かせて撮影し画像データの合成を行う場合について説明する。
【００３１】
上述した画像合成処理回路４４は、ガンマ補正回路４３ａから出力される高感度画像データと、ガンマ補正回路４３ｂから出力される低感度画像データとを次の数１に基づいて画素単位に合成し、出力する。
【００３２】
【数１】
ｄａｔａ＝〔ｈｉｇｈ＋ＭＩＮ（ｈｉｇｈ／ｔｈ，１）×ｌｏｗ〕×ＭＡＸ〔（−Ｌｇ×ｈｉｇｈ／ｔｈ）＋１，ｐ〕
ここで、ｈｉｇｈ：高感度（高出力）画像信号のガンマ補正後のデータ
ｌｏｗ：低感度（低出力）画像信号のガンマ補正後のデータ
ｐ：ｔｏｔａｌ ｇａｉｎ（トータルゲイン）
Ｌｇ：係数
ｔｈ：閾値
である。この数１は、次の数２に様に表すこともできる。
【００３３】
【数２】

ここで、ｈ＿ｇａｉｎ：ＭＡＸ〔（−Ｌｇ×ｈｉｇｈ／ｔｈ）＋１，ｐ〕
ｌ＿ｇａｉｎ：ＭＡＸ〔（−Ｌｇ×ｈｉｇｈ／ｔｈ）＋１，ｐ〕×ＭＩＮ（ｈｉｇｈ／ｔｈ，１）
である。
【００３４】
トータルゲインｐは、加算データ全体に対するゲインであり、このｐ値をパラメータ値としてダイナミックレンジの制御を行う。このｐ値が小さいほどダイナミックレンジは広く、ｐ値が大きいほどダイナミックレンジは狭くなる。
【００３５】
閾値ｔｈは、ｈｉｇｈとｌｏｗとをミックスする度合いを制御する閾値パラメータであり、ガンマ補正後のデータが８ビットデータ（２５６階調）であれば、例えば値０〜２５５のうちの“２１９”とデジタルスチルカメラの設計者がダイナミックレンジに応じて指定する値である。係数Ｌｇも、ｈｉｇｈとｌｏｗとをミックスする度合いを制御するパラメータであり、ダイナミックレンジに応じて設定される。
【００３６】
図５は、数１のＭＩＮ（ｈｉｇｈ／ｔｈ，１）の変化の様子を示すグラフである。この図５に示されるように、数１の第１項は、高感度画像信号ｈｉｇｈが閾値ｔｈを越えているとき高感度画像信号ｈｉｇｈにそのまま低感度画像信号ｌｏｗを加算し、高感度画像信号ｈｉｇｈが閾値ｔｈに達していないときは、高感度画像信号ｈｉｇｈの閾値ｔｈに対する割合に対し低感度画像信号ｌｏｗを乗算した値を高感度画像信号ｈｉｇｈに加算することを示している。
【００３７】
本実施形態では、この第１項で求めた加算データをそのまま合成画像データとするのではなく、この第１項に、第２項（ＭＡＸ〔（−Ｌｇ×ｈｉｇｈ／ｔｈ）＋１，ｐ〕）を乗算した値を合成画像のデータとしている。図６は、このＭＡＸ〔（−Ｌｇ×ｈｉｇｈ／ｔｈ）＋１，ｐ〕の変化の様子を示す図である。
【００３８】
数１において、トータルゲインｐの値として、例えば実験的に定めた値を採用する。ｐは合成画像データの全体に対するゲインであり、このｐの値を制御することで、画像のダイナミックレンジの制御を行うことができる。
【００３９】
図７は、ｐの値を変えたときのダイナミックレンジの変化の様子を示す図である。トータルゲインｐの値を大きくしたときの特性線イはダイナミックレンジが小さく、トータルゲインｐの値を小さくしていくとダイナミックレンジが大きい特性線ロまで変化する。
【００４０】
このように、トータルゲインｐ，閾値ｔｈ，係数Ｌｇの夫々の値を変化させることで、高感度画像データと低感度画像データとを合成して得られる撮像画像データのダイナミックレンジの広狭を制御することができる。
【００４１】
図８（ａ）は通常撮影用パラメータ５１の値を示すテーブル図である。ＣＰＵ１５のＲＯＭ内には、撮影シーンのダイナミックレンジに応じて、トータルゲインｐ，閾値ｔｈ，係数Ｌｇの各値がテーブルデータとして予め設定されている。図示する例では、ダイナミックレンジ１００％のときのｐ値として値“Ｐ１００”が、ダイナミックレンジ２００％のときのｐ値として値“Ｐ２００”が、……、ダイナミックレンジ４００％のときのｐ値として値“Ｐ４００”が設定されている。尚、“Ｐ４００”はダイナミックレンジ４００％に対応する値という意味であり、“Ｐ１００”の４倍の値という意味ではない。
【００４２】
同様に、ダイナミックレンジ１００％のときのｔｈ値として値“Ｔ１００”が、ダイナミックレンジ２００％のときのｔｈ値として値“Ｔ２００”が、……、ダイナミックレンジ４００％のときのｔｈ値として値“Ｔ４００”が設定されており、ダイナミックレンジ１００％のときのＬｇ値として値“Ｌ１００”が、ダイナミックレンジ２００％のときのＬｇ値として値“Ｌ２００”が、……、ダイナミックレンジ４００％のときのＬｇ値として値“Ｌ４００”が設定されている。
【００４３】
そして、デジタルスチルカメラのＣＰＵ１５は、撮影シーンの撮像画像を解析し、撮影シーンのダイナミックレンジパラメータＤｒｅｎｇｅの値が１００％〜４００％のうちのいずれであるかを算出する。そして、ダイナミックレンジ３００％と判断した場合に、通常撮影用パラメータの値として、“Ｐ３００”，“Ｔ３００，“Ｌ３００”の値を読み出し、これらの値を合成処理回路４４に出力させ、ダイナミックレンジの広い撮像画像データを生成させる。
【００４４】
図８（ｂ）は、リバーサル撮影用パラメータ５２の値を例示する図である。リバーサルフィルムは、ダイナミックレンジを制限したフィルムであり、撮影画像のダイナミックレンジは狭く、コントラストがあり白黒のハッキリした画像が撮影される。そこで、本実施形態では、リバーサル撮影用パラメータｐ，ｔｈ，Ｌｇの値として、ダイナミックレンジを制限する値を設定しておく。
【００４５】
図示する例では、ダイナミックレンジが２００％までは通常撮影用パラメータの値と同じ値を設定しておくが、２００％を超える場合には、２００％に対応する設定値を使用する様にしておく。即ち、ダイナミックレンジ２００％〜４００％では、常に、ｐ値として値“Ｐ２００”を使用し、ｔｈ値として値“Ｔ２００”を使用し、Ｌｇ値として“Ｌ２００”を使用する。
【００４６】
これにより、合成された撮像画像データのダイナミックレンジは、リバーサルフィルムのダイナミックレンジ１８０％程度に制限され、コントラストのハッキリしたリバーサル調の画像データが得られ、この画像データをプリントすることで、リバーサルフィルムを使用して撮影したのと同等の色再現が実現される。
【００４７】
図８（ａ）（ｂ）には、ｐ値，ｔｈ値，Ｌｇ値以外のパラメータの値は記載していないが、例えばリバーサル撮影用のｐ値，ｔｈ値，Ｌｇ値を合成処理回路４４に出力してリバーサル調の撮像画像データを合成させるとき、ガンマ補正回路４３ａ，４３ｂで使用するガンマ特性も同時に修正し、更に、輪郭補正や色調補正なども微調整させる。
【００４８】
例えば、リバーサル撮影用のｐ値，ｔｈ値，Ｌｇ値を用いた画像合成で輪郭のハッキリしすぎた画像が生成される場合には輪郭を程良くぼかす補正処理を行ったり、彩度を上げたり、ガンマ補正の修正に合わせて輪郭を修正したりして、全体としてユーザの好みに合わせたリバーサル調の撮像画像が得られる様にする。
【００４９】
以上述べた様に、本実施形態のデジタルカメラでは、高感度画像データと低感度画像データとを合成して広ダイナミックレンジの撮像画像データが得られる機能と、合成画像のダイナミックレンジをリバーサルフィルム並に制限する機能とを設けたため、ユーザの好みに応じた色再現を容易に実現でき、デジタルカメラの機能を銀塩フィルムカメラに更に近づけることが可能となる。
【００５０】
尚、上述した実施形態では、高感度画素と低感度画素とを固体撮像装置に搭載して高感度画像データと低感度画像データを取得する例で説明したが、同一画素しか持たない固体撮像装置で低速シャッタを切って得た高感度画像データと高速シャッタを切って得た低感度画像データとを合成する場合にも本発明を適用可能である。
【００５１】
また、通常撮影用パラメータとリバーサル撮影用パラメータの２種類のパラメータ値をテーブルデータとして持つ例について述べたが、更に種類を増やして様々なダイナミックレンジ幅で画像合成するテーブルデータを用意し、ユーザに選択させるも可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、高感度画像データと低感度画像データとを合成することで広ダイナミックレンジの画像を撮像するデジタルカメラで、容易にリバーサル調の画像データを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラのブロック構成図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の表面模式図である。
【図３】固体撮像素子の別実施形態に係る画素配置図である。
【図４】図１に示すデジタル信号処理部の処理構成図である。
【図５】図１に示すデジタルスチルカメラで演算処理される数式の説明図である。
【図６】図１に示すデジタルスチルカメラで演算処理される数式の説明図である。
【図７】ダイナミックレンジの変化の様子を示す図である。
【図８】（ａ）は通常撮影用パラメータのテーブル図である。
（ｂ）はリバーサル撮影用パラメータのテーブル図である。
【符号の説明】
１ 画素
２ 低感度画素（副画素）
３ 高感度画素（主画素）
１０ レンズ
１１ 固体撮像素子
１５ ＣＰＵ
２１ 操作部
２３ Ａ／Ｄ変換器
２６ デジタル信号処理部
４４ 画像合成処理回路
５１ 通常撮影用パラメータ
５２ リバーサル撮影用パラメータ
ｐ，ｔｈ，Ｌｇ ダイナミックレンジ制御用のパラメータ

Claims (3)

1. 高感度画像データと低感度画像データとを合成処理しダイナミックレンジを所定レンジに広げた合成画像データを生成する画像合成処理手段と、リバーサル調で画像合成を行うか否かを指示入力させる入力手段と、該入力手段からリバーサル調で画像合成する指示が入力されたとき前記合成画像データのダイナミックレンジが前記所定レンジよりも狭いレンジ幅となるように前記高感度画像データと前記低感度画像データとを前記画像合成処理手段に合成処理させる制御手段とを備えることを特徴とするデジタルカメラ。
2. 前記画像合成処理手段は、前記高感度画像データと前記低感度画像データとを第１パラメータ値に基づく混合割合で合成して前記所定レンジの合成画像データを生成し、前記第１パラメータ値に代わる第２パラメータ値に基づく混合割合で合成することで合成画像データのレンジ幅を狭くすることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
3. 前記第１パラメータ値及び前記第２パラメータ値とが夫々ダイナミックレンジに応じたテーブルデータとして予めメモリに格納されており、前記制御手段は、前記入力手段からの入力指示に基づき前記メモリから該当する前記テーブルデータを読み出し前記画像合成処理手段に出力することを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ。

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