JP2005167376A - カメラ - Google Patents

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Abstract

【課題】被写体描写に適切な陰影を画像に付与し、立体的な被写体を自然に再現した画像を得ることが可能なカメラを提供すること。
【解決手段】本撮影に先立って第1の光源4及び第2の光源5を発光させて複数回の撮像を行い(ステップS1、ステップS2)、複数回の撮像によって得られた複数の画像データを並列表示し(ステップS3)、並列表示させた画像データの中から適当な画像データを選択させて(ステップS4)、選択された画像データを記録させる(ステップS7)。
【選択図】図2

Description

本発明は、立体的な被写体を画像上で自然に再現することが可能なカメラに関する。
視差を有する光学系を用いて立体的な被写体を撮影し、3次元的な画像データを入力することができる機器が、特許文献1等で種々提案されている。しかし、通常、デジタルカメラ等で一般的に普及しているモニタ機器は2次元画像にしか対応していない。そこで、2次元画像においても自然な3次元被写体の描写を行う事ができるような技術が望まれている。このような技術の1つとしては、被写体に生じた影を利用して3次元的な立体感を再現するような手法がある。
特開2003−209859号公報
しかしながら、ストロボ等の光源を発光させて撮影を行う場合などでは、太陽や電灯などの照明によって被写体に生じた影を消すことができる一方で、影が消えてしまうことにより被写体の立体感が損なわれて平坦な画像となってしまう事が多い。
このことを、図1(a)を参照して更に説明する。図1(a)は、室内において、被写体111を撮影する例である。このとき、ストロボ等の光源4を発光させて撮影を行う。また、図1(a)の例においては、窓110から光が差しこんでいる。このため、被写体111には影112ができており、また、壁120には影121ができている。
このような状態において、光源4によって被写体111に照明光を照射して撮影を開始すると、撮影レンズ2を介して被写体111の像が撮像素子3に入射する。このとき、光源4による照明光が窓110からの光よりも強い場合には、光源4からの照明光によって被写体111にできた影112や壁120にできた影121が消えてしまう。更に、図1(a)の例では、被写体111に不自然な影122ができてしまう。
これは撮像素子3上においても同様であり、光源4からの照明光照射によって、自然な影の画像131が消え不自然な影の画像132が得られてしまう。この結果、得られる写真も不自然な陰影が施された写真となってしまう。
即ち、このようなシーンにおいて光源を発光させて撮影を行うのは、あまり好ましくないと言える。しかしながら、これをおそれて、光源発光なしの撮影を行うと手ブレが発生することがある。これでは、被写体の立体感や量感を自然に再現することができない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、被写体描写に適切な陰影を画像に付与し、立体的な被写体を自然に再現した画像を得ることが可能なカメラを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様のカメラは、被写体に向けて照明光を照射する照射手段と、画像データを取得するための撮像手段と、本撮影に先立って、上記照射手段の照射条件を複数回変化させ、これら複数回変化させたそれぞれの照明条件において、上記撮像手段により上記画像データを複数回取得するように制御する予備撮影手段と、上記予備撮影手段で取得した複数の画像データに基づき、上記本撮影時における上記照射手段の照射条件を決定する決定手段とを具備する。
この第1の態様によれば、本撮影に先立って取得した複数の画像データによって、本撮影時には適切な照明光を被写体に照射することができる。
また、上記の目的を達成するために、本発明の第2の態様のカメラは、画像データを取得するための撮像手段と、被写体に向けて照明光を照射する照射手段と、上記照射手段の照射条件を複数回変化させ、これら複数回変化させたそれぞれの照明条件において、上記撮像手段により上記画像データを複数回取得するように制御する撮影制御手段と、複数の画像データを並列表示する表示手段と、撮影者の手動操作に応じて、上記複数の画像データのうちの1つを選択する選択手段とを具備する。
この第2の態様によれば、本撮影に先立って取得した複数の画像データの中から適切な照明がなされている画像データを表示・選択できる。
本発明によれば、被写体描写に適切な陰影を画像に付与し、立体的な被写体を自然に再現した画像を得ることが可能なカメラを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
[第1の実施形態]
図1(a)で説明したような課題を解決するために、本発明の第1の実施形態に係るカメラは、図1(b)のような構成を有する。即ち、第1の実施形態では、照射手段として2つの光源、即ち第1の光源4及び第2の光源5を有している。ここで、第1の光源4及び第2の光源5は、照射方向がそれぞれ異なっており、それぞれ異なった方向から被写体111に陰影を施すことができるようになっている。これらの光源としては、例えば従来のカメラで用いられているようなストロボ装置を用いるようにすれば良い。また、近年では発光ダイオード(LED)の技術開発が進んでおり、白色LEDなどを補助光照射用の光源として利用するカメラも登場している。そこで、第1の光源4及び第2の光源5に、このような白色LEDを用いるようにしても良い。
制御部1は、撮影シーケンスなどのカメラ全体のシーケンス制御を行う。例えば、撮影者によってレリーズスイッチ10がオンされた場合に、制御部1は撮影シーケンスの制御を開始する。この撮影シーケンスにおいては、撮影レンズ2を介して被写体111の像が、撮像素子3及び画像処理部6を有して構成される撮像手段に入力される。撮像素子3では、入射した像が電気的な像信号に変換されて画像処理部6に出力される。画像処理部6では、色調整、輝度入出力調整、圧縮制御等が行われて画像データが生成される。ここで、被写体に影を付与する場合等では、制御部1は第1の光源4及び第2の光源5の動作制御も行う。また、制御部1は、画像処理部6において生成された画像データを、記録部7に記録させたり、LCD等の表示部8に表示させたりする際の制御も行う。
この表示において制御部1は、第1の光源4及び第2の光源5を順次発光させて得られた画像データを、表示部8に図3のように並列表示させる。これにより、撮影者は、表示部8上に表示された2種類の画像から何れか適当な方を選択できる。ここで、この選択は、選択スイッチ11の操作状態により判定される。
更に、制御部1は、測距部9を制御してカメラから被写体111までの距離を測定し、この距離測定値に基づいて撮影レンズ2のピント位置制御も行う。
次に、図2を参照して制御部によって制御される撮影シーケンスについて更に詳しく説明する。即ち、図2において、制御部1は、まず第1の光源4を発光させて撮像を行い、画像データ8aを取得する(ステップS1)。次に第2の光源5を発光させて撮影を行い、画像データ8aを取得する(ステップS2)。そして、制御部1は、表示部8にステップS1及びステップS2で得られた2つの画像データを図3のように並列表示する(ステップS3)。
これら2つの画像データ8a及び8bを見て、撮影者は適切な影が生じているほうの画像データを選択スイッチ11により選択する。制御部1は、選択スイッチ11の状態により、何れの画像が選択されたのかを判定する(ステップS4)。ステップS4の判定において、画像データ8aが選択された場合に、制御部1は、選択されなかったほうの画像データ8bを削除する(ステップS5)。一方、ステップS4の判定において、画像データ8bが選択された場合には、選択されなかったほうの画像データ8aを削除する(ステップS6)。
画像データの削除が終了した後、制御部1は、選択されたほうの画像データを記録部7に記録させて(ステップS7)、図2の撮影シーケンスの制御を終了する。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、光照射を異なる2方向から行うようにして被写体に影を施して撮影を行う。そして、適切な影が生じているほうの画像を撮影者に選択させることで、被写体に自然な陰影を付与して立体感のある写真撮影を行うことが可能である。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、光源を1つのみ用いて、被写体の立体感や量感を自然に表現する例である。ここで、構成については図1(b)の光源を1つにしただけであるので詳細な説明を省略する。
図4(a)から図4(c)は、被写体の位置によって変化する像信号について示す分布図である。図4(a)は、光源の発光量を順次変化させたときの像信号の位置変化である。ここで、光源の発光を行わない状態で撮像素子3によって取得した像信号を、図4(a)の「発光なし」とする。ここで、光源の発光量を大きくしていくと、像信号の形状が変化していき、やがて、図4(b)の「発光量5」のように「発光なし」とは全く異なる形状に変化する。
これは、太陽光や電灯の光などからの自然光の影響よりも、光源からの光の影響のほうが強くなるためである。このとき表示部8の画面上では、図3の画像データ8bのように不自然な陰影が施された状態となる。そこで、第2の実施形態では、このような不自然な陰影の画像が撮影されてしまうのを防止するために、自然光の影響に対する光源の光の影響を抑えるように露出条件を決める。即ち、ストロボ等の光によって画面内のどの部分がどのように変化したのかを判定して、その変化した部分が不自然にならないように再現する。
即ち、実際の撮影(本撮影)前に、光源を発光(プリ発光)させて撮像(像信号取得)を行ったときに画面内の特定の2点、即ちポイント1(P)及びポイント2(P)における像信号の大きさ(光量)が、光源の発光量に対して図5のような関係で変化するとき、これら2点PとPの光量Bが等しくなる光源の発光量Iは、図5に示す2直線の交点から求めることができる。
ここで、Pは光源発光前の像信号の光量が大きく、光源発光後の像信号の光量の変化が小さい位置である。また、Pは、光源発光前の像信号の光量が小さく、光源発光後の像信号の光量の変化が大きい部分である。図5より、このように選択した2点の、光源発光なし時(発光量I)の光量B10及びB20を求めることができる。また、光源発光時(発光量I)の光量をそれぞれB11及びB21とすると、以下の(式1)及び(式2)で示すような発光量Iと光量Bとの関係が得られる。
Figure 2005167376
ここで、I=0とすると、以下の(式3)及び(式4)が得られる。
Figure 2005167376
これら(式3)から図6のIを求めるには、
Figure 2005167376
とおき、これをIについて解けば、
Figure 2005167376
となる。この(式6)の発光量Iで光源を発光させると、図4(a)の「発光量3」で示すような像信号となる。即ち、光源の発光前に生じていた陰影が、光源の発光によって消えてしまう。しかし、本撮影時の光源の発光量をプリ発光時の発光量と変えずに、露出時間だけを長くするようにすると、図4(c)のように「発光なし」の像信号において光源発光前に明るかった部分が強調されて、本来の明暗関係と類似の像信号が得られる。このような考え方で、本撮影時の露出を制御する例を図6のフローチャートに示す。
即ち、制御部1は、適正な露出時間の半分の露出時間で、かつ光源を発光させずに撮像を行って像信号Imを取得する(ステップS11)。次に、適正な露出時間の半分の露出時間で、かつ図5の「発光量1」で光源を発光させて同様に像信号を取得する(ステップS12)。そして、ステップS1及びステップS2で得られた2つの像信号の間の変化から、上述した2点P及びPを求める(ステップS13、ステップS14)。
次に、制御部1は、2点P及びP部分の像信号変化(光量変化)によって、図5に示すグラフの各座標(B10、B20、B11、B21)を求める(ステップS15、ステップS16)。この後、(式5)を用いてストロボ発光量Iの算出を行い(ステップS17)、この発光量Iでの光源を発光させ、かつ露出時間をステップS11及びステップS12の時よりも長い時間(例えば、適正露出時間)にして露出を行う(ステップS18)。
ここで、ステップS11及びステップS12において、露出時間を短かくするのは、露出終了までのタイムラグを短くするためである。即ち、ステップS11及びステップS12では、像信号の明暗変化さえ分かればよいので、長い時間をかけて像信号の取り込みを行う必要がない。ここで、第2の実施形態では、説明を簡単にするために、露出時間を適正露出時間の半分としたが、実際には適正露出時間の1/4でも1/8でもよい。また、本撮影時の光源の発光量Iは、(式5)で得られた値をそのまま用いる必要はなく、発光量Iに補正係数を乗じたものを用いるようにしてもよい。
以上説明したように、第2の実施形態によれば、光源を1つのみ用いた場合でも、光源の発光により、手ブレを抑えつつ、かつ自然な陰影を損なわずに豊かな立体感のある写真撮影が可能となる。
[第3の実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は図7のシーン等で被写体に適切な陰影を施す例である。ここで、図7のシーンは、被写体が複数の光源110a及び110bによって照明されているようなシーンである。第3の実施形態では、このようなシーンにおいて被写体に適切な陰影を施すために、図8のように、撮影レンズ2に対して異なる位置に設けられた複数の光源(第1の光源4及び第2の光源5)を有するカメラ100を用いる。これら第1の光源4及び第2の光源5は、何れか一方のみを発光させる又は両方同時に発光させることができる。
なお、以後は、光源が2つであるとして説明を行うが、光源を2つ以上設けるようにしてもよいことは言うまでもない。例えば、図8の例において撮影レンズ2の光軸を挟んで第1の光源4と反対側の位置に光源を設けるようにしてもよい。
即ち、第3の実施形態では、第1の光源4及び第2の光源5の発光量のバランスを制御することによって、被写体の雰囲気を保った配光を行うようにする。これにより、自然な光源発光撮影が可能である。このような制御は、図9に示すフローチャートに従って行われる。
まず、制御部1は、第1の光源4及び第2の光源5を共に発光させていない状態での被写体111の像信号Imを検出して画像データを生成する(ステップS21)。ここで、このとき得られる画像は例えば図10(a)に示すようなものであるとする。ここで、図の10(a)に示されている数値は、第1の光源4と第2の光源5の発光量の比である。その後、第1の光源4の発光を開始させて(ステップS22)、被写体111の像信号Imを検出して画像データを生成する(ステップS23)。この発光によって得られる画像は図10(b)のようになる。像信号Imの検出後、第1の光源4の発光を終了させる(ステップS24)。
続いて制御部1は、第2の光源5を発光を開始させて(ステップS25)、被写体111の像信号Imを検出して画像データを生成する(ステップS26)。この発光によって得られる画像は図10(c)のようになる。像信号Imの検出後、第2の光源5の発光を終了させる(ステップS27)。これらの結果より、2つの光源をそれぞれ発光させたときに被写体像に与える影響を判定することができる。
次に制御部1は、第1の光源4と第2の光源5とを同時に発光させて(ステップS28)、このときの被写体111の像信号Imを検出して画像データを生成する(ステップS29)。この発光によって得られる画像は図10(d)のようになる。像信号Imの検出後、第1の光源4と第2の光源5の発光を終了させる(ステップS30)。
なお、像信号Im〜Imを取得する際も、単に明暗変化が分かればよいだけなので、第2の実施形態でも説明したように適正露出時間よりも短かい露出時間で撮像を行うようにしてもよい。
次に、制御部1は、こうして得られた像信号Im〜Imの中から、像信号Imの明暗分布変化と類似度の高い像信号を選択する(ステップS31)。そして、選択した像信号を取得したときの光源の組を選択する。次に、選択した光源で発光を行い(ステップS32)、その状態で露出を行う(ステップS33)。露出終了後、光源の発光を終了させる(ステップS34)。
例えば、光源発光なしの状態で図10(a)のような画像が得られる場合には、これと類似の画像が得られるものを図10(b)〜図10(d)の中から選択する(例えば、図10(d))。そして、選択した画像が得られるような光源の組で光源の発光を行って露出を行う。
なお、第3の実施形態の手法と第2の実施形態で説明した手法とを併用するようにしても良い。即ち、複数の光源を選択的に発光させて本撮影時の光源を選択するだけでなく、カメラ以外からの光の影響を加減して手ブレの起らない範囲で露出時間を延ばして適正な露出を得るようにしても良い。
また、図10(a)のような画像を得るために、第1の光源4と第2の光源5の一方若しくは両方を発光させるだけでなく、図10(e)に示すように何れか一方の光源の発光時間を長くしたり短くしたり、さらには発光量を変化させるようにしても良い。この場合には、ステップS21で取得した画像の影と類似の画像を、例えばパターン認識などの手法によって検出し、ここで検出した影と類似の影ができるような光源の組合せを図10(a)〜図10(e)の中から選択するようにする。このようにして被写体により自然な影を与えることもできる。
以上説明したように、第3の実施形態によれば、被写体が複数の光源によって照明されていても、適切な陰影を付与した撮影を行うことができる。
[第4の実施形態]
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。本発明の第4の実施形態は、第1から第3の実施形態で説明したような、光源の発光によって被写体に与える影を制御する技術を応用したものである。なお、この第4の実施形態では、測距部9として画面内の複数ポイントを測距することが可能な多点測距装置を用いる。
例えば、図11のように、白壁120の前に白猫111が存在しているようなシーンでは、目視では立体ゆえ白猫111を視認可能である。しかし、2次元表示上では、色が同じであるので、保護色のようになって白猫111の輪郭が不明瞭になる。その結果、図12(a)のように、白猫111の画像が背景の白壁120の画像に同化してしまうような写真が撮影されてしまう事がある。
そこで、第4の実施形態では、図13に示すようなフローチャートに従った制御を行うことにより、白猫111の画像を白壁120の画像から浮かび上がらせる。まず、制御部1は、画面内の複数のポイントの距離測定を行い(ステップS41)、図14のような距離分布を検出する。更に、撮像を行い、その結果得られた画像データの各部の色情報を検出し(ステップS42)、立体物(主被写体111)の色と背景の色とが類似色か否かを判定する(ステップS43)。ステップS43の判定において、主被写体111と背景120とが類似色でない場合には、ステップS43をステップS44に分岐して通常の露出での撮影を行う(ステップS44)。
一方、ステップS43の判定において、主被写体111が存在しているにもかかわらず、主被写体111が背景120と同じ色であり、2次元画像にした時に主被写体111を視認することが困難なシーンであると判定されると、ステップS43をステップS45に分岐する。この場合には、ストロボ光等の光源の光を有効に利用して、図15のようにして壁120に白猫の影122を投影したり、壁120と白猫111との間に露出差を設けたりして、背景から主被写体を浮かび上がらせる。
即ち、制御部1は、図14のように得られた距離分布により、背景と白猫との間の距離が所定距離よりも遠いか否かを判定する(ステップS45)。このステップS45の判定において、背景と白猫との距離が所定距離よりも近い、例えば白猫のすぐ後ろに壁があるような場合には、光源を発光させることで、白猫の影を図12(b)のように壁に投影して、その影で白猫の輪郭を明確にする。
特に、第1の実施形態や第3の実施形態で説明したような光源が2つある例においては、制御部1は、画像上の類似色部分を検出して(ステップS46)、この検出結果に基づいて、図15のように撮影レンズ2を中心として類似色部分から、より遠い方、即ち影がより大きく撮影されるほうの光源を選択し(ステップS47)、この選択した光源を発光させて露出を行う(ステップS48)。これにより、壁120上の影122が、撮像素子3上に入射して影画像131が取得され、図12(b)のように効果的な輪郭を形成できる。
また、ステップS45の判定において、背景と白猫との距離が所定距離よりも遠い場合には、光源の光による露出量を自然光による露出量よりも支配的にすると、手前側に存在する白猫だけが正しい露出となり、遠くに存在する壁には光源の光が届かない。この結果、露出がアンダー気味となり図12(c)のように背景から主被写体を浮かび上がらせる事ができる。即ち、この場合に制御部1は、シャッタースピードを速くして(ステップS49)、閃光の発光のみで露出制御を行い(ステップS50)、光源の反射光のみによる露出を行う。
以上説明したように、第4の実施形態によれば、保護色のような効果によって主被写体が背景から分離できなくなるような画像が撮影されることがない。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
本発明の第1の実施形態について説明するための図である。 本発明の第1の実施形態に係るカメラにおける撮影シーケンスの制御について説明するためのフローチャートである。 画像の並列表示の例を示す図である。 本発明の第2の実施形態について説明するための、被写体の位置に対する像信号について示した分布図である。 光源の発光量に対する被写体の光量の関係について示すグラフである。 本発明の第2の実施形態に係るカメラにおける撮影シーケンスの制御について説明するためのフローチャートである。 本発明の第3の実施形態が想定している撮影シーンの例を示す図である。 本発明の第3の実施形態に係るカメラの外観構成図である。 本発明の第3の実施形態に係るカメラにおける撮影シーケンスの制御について説明するためのフローチャートである。 光源の組合せによって被写体に生じる影のパターンについて示した図である。 本発明の第4の実施形態が想定している撮影シーンの例を示す図である。 第4の実施形態について説明するための画像の撮影例を示す図である。 本発明の第4の実施形態に係るカメラにおける撮影シーケンスの制御について説明するためのフローチャートである。 多点測距によって得られる距離分布を示す図である。 第4の実施形態に係るカメラによる影付与の例を示す図である。
符号の説明
1…制御部、2…撮影レンズ、3…撮像素子、4…第1の光源、5…第2の光源、6…画像処理部、7…記録部、9…測距部、10…レリーズスイッチ、11…選択スイッチ

Claims (10)

  1. 被写体に向けて照明光を照射する照射手段と、
    画像データを取得するための撮像手段と、
    本撮影に先立って、上記照射手段の照射条件を複数回変化させ、これら複数回変化させたそれぞれの照明条件において、上記撮像手段により上記画像データを複数回取得するように制御する予備撮影手段と、
    上記予備撮影手段で取得した複数の画像データに基づき、上記本撮影時における上記照射手段の照射条件を決定する決定手段と、
    を具備することを特徴とするカメラ。
  2. 上記予備撮影手段によって変化させる上記照射条件は、上記照明光を上記被写体に照射する場合と上記被写体に照射しない場合とを含むことを特徴とする請求項1に記載のカメラ。
  3. 上記決定手段は、上記照明光を上記被写体に照射した場合に上記撮像手段によって取得した画像データと上記被写体に照射しない場合に上記撮像手段によって取得した画像データとを比較することにより、上記本撮影時における上記照射手段の照射条件を決定することを特徴とする請求項2に記載のカメラ。
  4. 上記照射手段は、照射方向の異なる複数の光源を有しており、
    上記予備撮影手段によって取得する複数の画像データは、上記複数の光源を選択的に動作させたときに上記撮像手段によって取得される複数の画像データであることを特徴とする請求項1に記載のカメラ。
  5. 上記決定手段によって決定される照射手段の照射条件は、上記複数の光源のそれぞれの発光量であることを特徴とする請求項4に記載のカメラ。
  6. 上記決定手段は、上記複数の光源を選択的に動作させたときに、上記被写体の影が最も大きく投影される光源を上記複数の光源の中から選択的に決定することを特徴とする請求項4に記載のカメラ。
  7. 上記決定手段は、上記複数の光源を選択的に動作させたときに上記撮像手段によって取得される複数の画像データの中から主被写体の影に相当する画像を検出し、この影に相当する画像が最も大きくなる光源を、上記本撮影時に使用する光源に決定することを特徴とする請求項6に記載のカメラ。
  8. 画像データを取得するための撮像手段と、
    被写体に向けて照明光を照射する照射手段と、
    これら複数回変化させたそれぞれの照明条件において、上記撮像手段により上記画像データを複数回取得するように制御する撮影制御手段と、
    複数の画像データを並列表示する表示手段と、
    撮影者の手動操作に応じて、上記複数の画像データのうちの1つを選択する選択手段と、
    を具備することを特徴とするカメラ。
  9. 上記照射手段は、照射方向の異なる複数の光源を有しており、
    上記撮影制御手段によって取得する複数の画像データは、上記複数の光源を選択的に動作させたときに上記撮像手段によって取得される複数の画像データであることを特徴とする請求項8に記載のカメラ。
  10. 上記選択手段は、選択しなかった画像データを削除することを特徴とする請求項8に記載のカメラ。
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