JP2006050014A - 撮像装置、明るさ補正方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】撮影時に画像の明るさを自動補正して良好な撮影画像を得る。
【解決手段】撮像時に得られたデジタルの画像データ（ＲＡＷデータ）の明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成部５５と、このヒストグラムに基づいて明るさの目標値に対する補正量を算出し、ガンマルックアップテーブル５２の階調補正情報を前記補正量に応じて変更するテーブル変更処理部５６とを備え、ガンマ補正部５３にて当該画像データを階調補正する際に、テーブル変更処理部５６による階調補正情報を変更したガンマルックアップテーブル５２を用いて階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさ補正した撮影画像を生成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えばデジタルカメラなどの撮像装置に係り、特に画像の明るさを補正するための明るさ補正機能を備えた撮像装置と、この撮像装置に用いられる明るさ補正方法及びプログラムに関する。

デジタルカメラでは、撮影時の光量不足を補うためにストロボを備えている。ところが、ストロボ光が届く範囲は比較的短いため、遠くの場所や広い範囲を撮影するような場合には十分な光量が得られないことがある。また、近年のデジタルカメラの小型化に伴い、カメラに搭載されるストロボも小型化の傾向にあり、発光量が少ないことや、撮像素子のセルサイズの小型化による感度の低下も要因となり、ストロボを使用しても光量不足となり、意図した明るさが得られないことが多い。

従来、このような画像の明るさを補正する方法として、撮影時の露出を制御するものがある。例えば、特許文献１では、最大Ｙ信号（輝度信号）となるときの露出量がＣＣＤのダイナミックレンジの７０％〜１００％程度となるように絞り／シャッタ機構を制御することで、明るい被写体は明るく、暗い被写体は暗く撮影されるように露出を適正化することが開示されている。
特開平７−２７４０６２号公報

しかしながら、前記特許文献１のような方法は、単なる露出補正であり、撮影前の露光の段階で絞り／シャッタ機構を用いて明るさの調整を行うだけであるため、上述したように撮影時にストロボ光が被写体に十分に届いていない画像など、撮影された画像に対する明るさを適切に補正することはできない。

なお、撮影された画像の明るさを補正する方法として、例えばパソコンなどに搭載された特定のソフトを用いる方法があるが、パソコンへの撮影画像の取り込み作業が必要であり、また、画面上で撮影画像の明るさを確認して、ユーザ自身が所定の操作により微調整しなければならないなど、非常に面倒な作業を要する。

本発明は前記のような点に鑑みなされたもので、撮影時に画像の明るさを自動補正して良好な撮影画像を得ることのできる撮像装置、明るさ補正方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る撮像装置は、レンズを通して入力される被写体の各部位からの光を、その光の強度に応じたデジタル値に変換して画像データとして出力する撮像手段と、所定の階調補正情報が記憶された補正テーブルと、前記撮像手段によって得られた画像データの明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、このヒストグラム生成手段によって生成されたヒストグラムに基づいて明るさの目標値に対する補正量を算出し、前記補正テーブルの階調補正情報を前記補正量に応じて変更するテーブル変更手段と、このテーブル変更手段によって変更された階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさが補正された撮影画像を生成する補正手段とを具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、撮影時に得られた画像データの明るさの分布状態に応じて、目標とする明るさが得られるように補正テーブルの階調補正情報を変更し、その変更後の階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正するようにしたので、階調補正と明るさ補正を同時に効率良く行って良好な撮影画像を得ることができる。

また、本発明の請求項２は、前記請求項１記載の撮像装置において、前記補正手段によって生成された撮影画像を所定のメモリに記録する記録手段をさらに具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、明るさ補正された撮影画像がメモリに記録されるので、撮影後に例えばパソコンなどに読み込んで明るさを調整するなどの面倒な作業が不要となる。

また、本発明の請求項３は、前記請求項１記載の撮像装置において、前記補正テーブルには、予め基準となる階調補正情報が記憶されており、前記テーブル変更手段は、前記基準となる階調補正情報を元にして前記補正量に応じた新たな階調補正情報を適宜演算により求めることを特徴とする。

このような構成によれば、基準となる階調補正情報を元にして補正量に応じた新たな階調補正情報を適宜演算により求めるようにしているので、多数の補正テーブルを必要とせずに、常に最適な階調補正情報を用いて当該画像データの明るさを補正することができる。

また、本発明の請求項４は、前記請求項１記載の撮像装置において、前記テーブル変更手段は、前記ヒストグラム生成手段によって生成されたヒストグラムの中で所定の割合を有する部分を特定し、その特定部分の値と明るさの目標値とに基づいて補正量を算出することを特徴とする。

このような構成によれば、ヒストグラムの中で所定の割合を有する部分に着目して明るさを適切に補正することができる。

また、本発明の請求項５は、前記請求項１記載の撮像装置において、明るさ補正が必要であるか否かを所定の条件に基づいて判断する判断手段を備え、前記補正手段は、前記判断手段によって明るさ補正が必要であると判断された場合に、前記テーブル変更手段によって変更された階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさが補正された撮影画像を生成することを特徴とする。

このような構成によれば、明るさ補正が必要とされる場合のみ、当該画像データの明るさが補正されるので、不用意な補正による不具合を回避できる。

また、本発明の請求項６は、前記請求項５記載の撮像装置において、明るさ補正を有効とする特定のモードを設定するモード設定手段を備え、前記判断手段は、前記モード設定手段によって前記特定のモードが設定されている場合に明るさ補正が必要であると判断することを特徴とする。

このような構成によれば、モード設定により任意に明るさ補正を行うことができる。

また、本発明の請求項７は、前記請求項５記載の撮像装置において、ストロボ発光を行うストロボ発光手段を備え、前記判断手段は、前記ストロボ発光手段を用いてストロボ撮影を行う場合に明るさ補正が必要であると判断することを特徴とする。

このような構成によれば、ストロボ撮影を行う場合に明るさ補正を行うことで、撮影時にストロボ光の不足を補って明るい画像を得ることができる。

また、本発明の請求項８は、前記請求項５記載の撮像装置において、明るさ補正を有効とする特定のモードを設定するモード設定手段と、ストロボ発光を行うストロボ発光手段とを備え、前記判断手段は、前記モード設定手段によって前記特定のモードが設定された状態で、前記ストロボ発光手段を用いてストロボ撮影を行う場合に明るさ補正が必要であると判断することを特徴とする。

このような構成によれば、ストロボ撮影時に明るさ補正するか否かをモード設定によって任意に選ぶことができる。

また、本発明の請求項９は、前記請求項５記載の撮像装置において、連続撮影を行う連写モードを設定するモード設定手段を備え、前記判断手段は、前記モード設定手段によって連写モードが設定されている場合には、明るさ補正が不要であると判断することを特徴とする。

このような構成によれば、高速処理が要求される連写モードでの明るさ補正を禁止することができる。

また、本発明の請求項１０は、前記請求項１記載の撮像装置において、前記ヒストグラム生成手段は、前記撮像手段によって得られた画像データのＲＧＢ毎にヒストグラムを生成し、前記テーブル変更手段は、前記ヒストグラム生成手段によってＲＧＢ毎に生成されたヒストグラムのそれぞれに対し所定の割合を有する部分を特定し、これらの特定部分の中で最も高い値を選択し、その選択された特定部分の値と明るさの目標値とに基づいて補正量を算出することを特徴とする。

このような構成によれば、画像データのＲＧＢ毎にヒストグラムを生成することで、ＲＧＢの中の最も目立つ色要素に着目して明るさを補正することができる。

また、本発明の請求項１１は、前記請求項１０記載の撮像装置において、前記ヒストグラム生成手段によってＲＧＢ毎に生成されたヒストグラムのそれぞれから得られた各特定部分の値にＲＧＢ毎の所定のゲインを乗じるゲイン調整手段を備え、前記テーブル変更手段は、前記ゲイン調整手段によってゲインが乗じられた各特定部分の値の中で最も高い値を選択し、その選択された特定部分の値と明るさの目標値とに基づいて補正量を算出することを特徴とする。

このような構成によれば、画像データのＲＧＢ毎のゲインを加味して、ＲＧＢの中の最も目立つ色要素に着目して明るさを補正することができる。

本発明の請求項１２に係る明るさ補正方法は、レンズを通して入力される被写体の各部位からの光を、その光の強度に応じたデジタル値に変換して画像データとして出力する撮像手段を備えた撮像装置に用いられる明るさ補正方法であって、前記撮像手段によって得られた画像データの明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成するステップと、前記ヒストグラムに基づいて明るさの目標値に対する補正量を算出し、予め用意された補正テーブルに記憶された所定の階調補正情報を前記補正量に応じて変更するステップと、前記補正テーブルの変更後の階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさが補正された撮影画像を生成するステップとを備えたことを特徴とする。

このような明るさ補正方法によれば、前記各ステップに従った処理を実行することにより、前記請求項１記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。

本発明の請求項１３に係るプログラムは、レンズを通して入力される被写体の各部位からの光を、その光の強度に応じたデジタル値に変換して画像データとして出力する撮像手段を備えた撮像装置に搭載されたコンピュータによって実行されるプログラムであって、前記コンピュータに、前記撮像手段によって得られた画像データの明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成する機能と、前記ヒストグラムに基づいて明るさの目標値に対する補正量を算出し、予め用意された補正テーブルに記憶された所定の階調補正情報を前記補正量に応じて変更する機能と、前記補正テーブルの変更後の階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさが補正された撮影画像を生成する機能とを実現させることを特徴とする。

したがって、コンピュータが前記各機能を実現するためのプログラムを実行することにより、前記請求項１記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。

本発明によれば、撮影時に画像の明るさを自動補正する機能を備えたことで、例えばストロボ撮影時にストロボ光が不足しているような場合であっても、そのときの明るさを自動補正して良好な撮影画像を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る撮像装置としてデジタルカメラを例にした場合の外観構成を示す図であり、図１（ａ）は主に前面の構成、同図（ｂ）は主に背面の構成を示す斜視図である。

このデジタルカメラ１は、略矩形の薄板状ボディ２の前面に、撮影レンズ３、セルフタイマランプ４、光学ファインダ窓５、ストロボ発光部６、マイクロホン部７などを有し、上面の（ユーザにとって）右端側には電源キー８及びシャッタキー９などが設けられている。

電源キー８は、電源のオン／オフ毎に操作するキーであり、シャッタキー９は、撮影時に撮影タイミングを指示するキーである。

また、デジタルカメラ１の背面には、撮影モード（Ｒ）キー１０、再生モード（Ｐ）キー１１、光学ファインダ１２、スピーカ部１３、マクロキー１４、ストロボキー１５、メニュー（ＭＥＮＵ）キー１６、リングキー１７、セット（ＳＥＴ）キー１８、表示部１９などが設けられている。

撮影モードキー１０は、電源オフの状態から操作することで自動的に電源オンとして静止画の撮影モードに移行する一方で、電源オンの状態から繰返し操作することで、静止画モード、動画モードを循環的に設定する。静止画モードは、静止画を撮影するためのモードである。また、動画モードは、動画を撮影するためのモードであり、特に本実施形態では音声付き動画の撮影が可能であるとする。

前記シャッタキー９は、これらの撮影モードに共通に使用される。すなわち、静止画モードでは、シャッタキー９が押下されたときのタイミングで静止画の撮影が行われる。動画モードでは、シャッタキー９が押下されたときのタイミングで動画の撮影が開始され、シャッタキー９が再度押下されたときにその動画の撮影が終了する。

再生モードキー１１は、電源オフの状態から操作することで自動的に電源オンとして再生モードに移行する。

マクロキー１４は、静止画の撮影モードで通常撮影とマクロ撮影とを切換える際に操作する。ストロボキー１５は、ストロボ発光部６の発光モードを切換える際に操作する。メニューキー１６は、各種メニュー項目等を選択する際に操作する。リングキー１７は、上下左右各方向への項目選択用のキーが一体に形成されたものであり、このリングキー１７の中央に位置するセットキー１８は、その時点で選択されている項目を設定する際に操作する。

表示部１９は、バックライト付きのカラー液晶パネルで構成されるもので、撮影モード時には電子ファインダとしてスルー画像のモニタ表示を行う一方で、再生モード時には選択した画像等を再生表示する。

なお、図示はしないがデジタルカメラ１の底面には、記録媒体として用いられるメモリカードを着脱するためのメモリカードスロットや、外部のパーソナルコンピュータ等と接続するためのシリアルインタフェースコネクタとして、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）コネクタ等が設けられている。

図２はデジタルカメラ１の電子回路構成を示すブロック図である。

このデジタルカメラ１には、前記撮影レンズ３を構成する図示せぬフォーカスレンズおよびズームレンズを含むレンズ光学系２２がモータ２１の駆動により光軸方向に所定の範囲内で移動可能に設けられており、その光軸後方に撮像素子であるＣＣＤ２３が配設されている。このＣＣＤ２３は、撮影レンズ３を通して入力される被写体の各部位からの光を受光し、その光の強度に応じた電気信号を出力する。

基本モードである記録モード時において、ＣＣＤ２３がタイミング発生器（ＴＧ）２４、ドライバ２５によって走査駆動され、一定周期毎に結像した光像に対応する光電変換出力を１画面分出力する。このＣＣＤ２３の光電変換出力は、アナログ値の信号の状態でＲＧＢの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、サンプルホールド回路２６でサンプルホールドされ、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタルデータに変換される。

そして、画像処理回路２８において、画素補間処理及びγ補正処理を含む画像処理が行われて、デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｕ，Ｖ（Ｃｂ，Ｃｒ）が生成され、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）コントローラ２９に出力される。

ＤＭＡコントローラ２９は、画像処理回路２８の出力する輝度信号Ｙ及び色差信号Ｕ，Ｖを、同じく画像処理回路２８からの複合同期信号、メモリ書込みイネーブル信号、及びクロック信号を用いて一度ＤＭＡコントローラ２９内部のバッファに書き込み、ＤＲＡＭインタフェース（Ｉ／Ｆ）３０を介してバッファメモリとして使用されるＤＲＡＭ３１にＤＭＡ転送を行う。

制御部３２は、ＣＰＵと、このＣＰＵで実行される動作プログラムを記憶したＲＯＭ、及びワークメモリとして使用されるＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータにより構成される。この制御部３２は、デジタルカメラ１全体の制御動作を司り、前記輝度及び色差信号のＤＲＡＭ３１へのＤＭＡ転送終了後に、この輝度及び色差信号をＤＲＡＭインタフェース３０を介してＤＲＡＭ３１より読み出し、ＶＲＡＭコントローラ３３を介してＶＲＡＭ３４に書き込む。

デジタルビデオエンコーダ３５は、前記輝度及び色差信号をＶＲＡＭコントローラ３３を介してＶＲＡＭ３４より定期的に読み出し、これらのデータを元にビデオ信号を発生して表示部１９に出力する。

この表示部１９は、上述した如く撮影時にはモニタ表示部（電子ファインダ）として機能するもので、デジタルビデオエンコーダ３５からのビデオ信号に基づいた表示を行うことで、その時点でＶＲＡＭコントローラ３３から取込んでいる画像情報に基づく画像をリアルタイムに表示することとなる。

このように、表示部１９にその時点での画像がモニタ画像としてリアルタイムに表示されている状態で、例えば静止画撮影を行いたいタイミングでシャッタキー９を押下操作すると、トリガ信号が発生する。

制御部３２は、このトリガ信号に応じて、その時点でＣＣＤ２３から取込んでいる１画面分の輝度及び色差信号のＤＲＡＭ３１へのＤＭＡ転送の終了後、直ちにＣＣＤ２３からのＤＲＡＭ３１への経路を停止し、記録保存の状態に遷移する。

この記録保存の状態では、制御部３２がＤＲＡＭ３１に書き込まれている１フレーム分の輝度及び色差信号をＤＲＡＭインタフェース３０を介してＹ，Ｃｂ，Ｃｒの各コンポーネント毎に縦８画素×横８画素の基本ブロックと呼称される単位で読み出して、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｃｏｄｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）回路３７に書き込み、このＪＰＥＧ回路３７でＡＤＣＴ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：適応離散コサイン変換）、エントロピ符号化方式であるハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮する。

そして得た符号データを１画像のデータファイルとして該ＪＰＥＧ回路３７から読み出して記録用のメモリ３８に書き込む。このメモリ３８としては、予め本体に内蔵されたフラッシュメモリ等の内部メモリの他に、記録媒体として着脱自在に装着されるメモリカードなどを含む。１フレーム分の輝度及び色差信号の圧縮処理及びメモリ３８への全圧縮データの書込み終了に伴って、制御部３２はＣＣＤ２３からＤＲＡＭ３１への経路を再び起動する。

制御部３２には、さらに音声処理部３９、ＵＳＢインタフェース（Ｉ／Ｆ）４０、ストロボ駆動部４１が接続される。

音声処理部３９は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、音声の録音時には前記マイクロホン部（ＭＩＣ）７より入力された音声信号をデジタル化し、所定のデータファイル形式、例えばＭＰ３（ＭＰＥＧ−１ ａｕｄｉｏ ｌａｙｅｒ ３）規格に従ってデータ圧縮して音声データファイルを作成してメモリ３８へ送出する一方、音声の再生時にはメモリ３８から読み出された音声データファイルの圧縮を解いてアナログ化し、上述したデジタルカメラ１の背面側に設けられるスピーカ部（ＳＰ）１３を通じて出力する。

ＵＳＢインタフェース４０は、ＵＳＢコネクタを介して有線接続されるパーソナルコンピュータ等の他の情報端末装置との間で画像データ、その他の送受を行う場合の通信制御を行う。ストロボ駆動部４１は、撮影時に図示せぬストロボ用の大容量コンデンサを充電した上で、制御部３２からの制御に基づいてストロボ発光部６を閃光駆動する。

なお、前記キー入力部３６は、上述したシャッタキー９の他に、電源キー８、撮影モードキー１０、再生モードキー１１、マクロキー１４、ストロボキー１５、メニューキー１６、リングキー１７、セットキー１８などから構成され、それらのキー操作に伴う信号は直接制御部３２へ送出される。

また、静止画像ではなく動画像の撮影時においては、シャッタキー９が押下操作されたときに、上述したＪＰＥＧ回路３７によりｍｏｔｉｏｎ−ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）などの手法により撮影動画をデータ圧縮してメモリ３８へ記録する。再度シャッタキー９が操作されると、動画データの記録を終了する。

一方、基本モードである再生モード時には、制御部３２がメモリ３８に記録されている画像データを選択的に読み出し、ＪＰＥＧ回路３７で記録モード時にデータ圧縮した手順と全く逆の手順で、圧縮されている画像データを伸長する。そして、この伸長した画像データをＤＲＡＭインタフェース３０を介してＤＲＡＭ３１に保持させた上で、このＤＲＡＭ３１の保持内容をＶＲＡＭコントローラ３３を介してＶＲＡＭ３４に記憶させ、このＶＲＡＭ３４より定期的に画像データを読み出してビデオ信号を発生し、表示部１９で再生出力させる。

選択した画像データが静止画像ではなく動画像であった場合には、その動画データを構成する複数フレームの静止画データを時系列の順で順次再生して表示し、すべての静止画データの再生を終了した時点で、例えば、次に再生の指示がなされるまで先頭に位置する静止画データを表示するなどを行う。

図３は前記画像処理回路２８の機能構成を示すブロック図である。なお、ここでは、画像処理回路２８とＤＲＡＭ３１との間のデータの流れを分かり易く表現するために、図２に示したＤＭＡコントローラ２９やＤＲＡＭインタフェース（Ｉ／Ｆ）３０などは省略してある。

図中のＣＣＤ出力とは、撮影時にＣＣＤ２３からサンプルホールド回路２６およびＡ／Ｄ変換器２７を介して出力されたデジタルの画像データのことである。本実施形態では、１０ビット構成のＡ／Ｄ変換器２７を用いているため、１０ビットのデジタルの画像データが画像処理回路２８に入力されることになる。以後、この無加工のデジタル画像データのことを「ＲＡＷデータ」と呼ぶ。このＲＡＷデータは、バッファメモリとして用いられるＤＲＡＭ３１の画像領域に一旦保持された後、そこから画像処理回路２８に読み出されて処理される。

なお、ＲＡＷデータをＤＲＡＭ３１の画像領域に保持せずに、画像処理回路２８にて直接処理するような構成であっても良い。また、バッファメモリとしては、ＤＲＡＭ３１に限らず、ＳＤＲＡＭなどであっても良く、これらの構成については特に限定されるものではない。

画像処理回路２８は、１チップのＬＳＩからなり、基本構成要素として、ＲＡＷデータに所定のＷＢゲインを乗算するホワイトバランス処理部（ＷＢ処理部）５１と、１０ビットから８ビットへのガンマカーブが設定されたガンマルックアップテーブル（ガンマＬＵＴ）５２と、このガンマルックアップテーブル５２を参照して、ＷＢゲイン後のＲＡＷデータの階調補正を行うガンマ補正部５３と、階調補正後のＲＡＷデータをＹＵＶ変換するＹＵＶ変換部５４などが備えられている。

加えて、本実施形態では、この画像処理回路２８にヒストグラム生成部５５およびテーブル変更処理部５６が備えられる。このヒストグラム生成部５５およびテーブル変更処理部５６は、本発明の明るさ補正を実現するための構成要素である。

ヒストグラム生成部５５は、ＲＡＷデータのＲＧＢ毎に明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成する。テーブル変更処理部５６は、ヒストグラム生成部５５によって生成されたＲＧＢ毎のヒストグラムと予め決められた目標値とを比較することで明るさの補正量を算出し、その補正量に従ってガンマルックアップテーブル５２の変更処理を行う。

なお、この画像処理回路２８で行う処理をマイクロプロセッサである制御部３２側でソフト的に行うような構成であっても良い。ただし、すべての処理をソフトウェアで行うと時間がかかってしまうため、少なくともホワイトバランス処理部５１、ガンマルックアップテーブル５２、ガンマ補正部５３、ＹＵＶ変換部５４などの基本構成要素はハードウェアで構成することが好ましい。

次に、本実施形態の動作について説明する。

図４はデジタルカメラ１の撮影時の明るさ補正を含む処理動作の流れを示すフローチャートである。なお、ここでの処理は、デジタルカメラ１に搭載されたマイクロプロセッサである制御部３２がプログラムに記述された手順に従って各回路を動作制御することで実行される。

静止画の撮影を行う場合において、まず、制御部３２は、シャッタスピードや絞り値などのパラメータ設定により露出補正を行った後、シャッタキー９が押下操作されたときのタイミングで撮影処理を行い、ＣＣＤ２３からサンプルホールド回路２６およびＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタルの画像データをＲＡＷデータとして取得する（ステップＳ１１）。このＲＡＷデータは、画像処理回路２８を介して一旦ＤＲＡＭ３１の画像領域に保持される。

ここで、制御部３２は、明るさ補正が必要であるか否かを以下のような条件に基づいて判断する（ステップＳ１２）。

すなわち、例えばメニュー画面などでユーザが任意に設定可能な「明るさ補正モード」を用意しておき、この「明るさ補正モード」がＯＮ設定されていれば明るさ補正が必要であると判断し、ＯＦＦ設定されていれば明るさ補正は不要であると判断する（条件１）。つまり、これはモード設定によりユーザが任意に明るさ補正をＯＮ／ＯＦＦするものである。

また、ストロボ発光機能により、夜間などの暗い環境下でストロボ撮影を行った場合には、発光量が足りずに撮影画像が暗くなる可能性が高いため、明るさ補正が必要であると判断する（条件２）。この場合、前記条件１の「明るさ補正モード」が設定されていることを前提として、ストロボ撮影を行った場合に明るさ補正を行うことが好ましい。

また、連続的に撮影を行う「連写モード」では、高速処理が要求されるため、処理に時間がかかってしまう明るさ補正は禁止することが好ましい。そこで、「連写モード」がＯＮ設定されている場合には明るさ補正は不要とであると判断する（条件３）。

このような条件１〜３に基づき、明るさ補正が不要であると判断された場合には（ステップＳ１２のＮｏ）、制御部３２は、ＤＲＡＭ３１から読み出したＲＡＷデータを画像処理回路２８に与えることで、明るさ補正なしの通常の画像処理を行うことにより輝度信号Ｙ及び色差信号Ｕ，Ｖを生成する（ステップＳ２１）。

詳しくは、まず、ＤＲＡＭ３１から読み出したＲＡＷデータにホワイトバランス処理部５１にてＲＧＢ毎のホワイトバランスゲイン（ＷＢゲイン）を乗じることで色信号の調整を行い、その後でガンマ補正部５３にてガンマルックアップテーブル５２を参照して階調補正を行う。このときに参照されるガンマルックアップテーブル５２には、予め標準値として設定された所定の階調補正情報（ガンマカーブ）が記憶されている（図６の「１．０倍」の標準カーブ参照）。後述するように、明るさ補正を行う場合には、このガンマルックアップテーブル５２の階調補正情報（ガンマカーブ）が補正量に応じて変更される。

ガンマ補正部５３からは階調補正された８ビットの画像データが出力される。この画像データは、ＹＵＶ変換部５４にて、明るさの情報である輝度信号Ｙと、色の情報である色差信号Ｕ，Ｖ（Ｃｂ，Ｃｒ）に変換されてＤＲＡＭ３１の画像領域に出力される。

このような画像処理の後、制御部３２は、ＤＲＡＭ３１から前記輝度及び色差信号を読み出してＪＰＥＧ回路３７に与え、所定の方式で圧縮処理して撮影画像としてメモリ３８に記録する（ステップＳ２２）。

一方、明るさ補正が必要であると判断された場合には（ステップＳ１２のＹｅｓ）、以下のような手順で明るさ補正処理が実される。なお、本実施形態において、この明るさ補正処理は、図３に示した画像処理回路２８内でハードウェア的に行われる。

すなわち、まず、ＣＣＤ２３から得たデジタルの画像データであるＲＡＷデータをＤＲＡＭ３１から読み出し、これを画像処理回路２８内のヒストグラム生成部５５に与えてＲＧＢ毎に明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成する（ステップＳ１３）。この場合、全画素のデータが必要なわけではなく、演算速度に応じて間引いても問題ない。また、ここでは回路によるハードウェアで演算しているが、ソフトで演算しても良い。

図５はＲＡＷデータのヒストグラムの一例を示す図であり、図５（ａ）はＲデータの明るさの分布状態、同図（ｂ）はＧデータの明るさの分布状態、同図（ｃ）はＢデータの明るさの分布状態を、左側「黒」、右側「白」として１０ビットのデジタル値（１０２４値）でそれぞれ表している。

ここで、ＲＡＷデータのＲＧＢ毎にビストグラムの高輝度側からの存在分布量を累積し、適量と規定する高輝度割合に達するレベルを検出する。この場合、例えば高輝度側から３％に達する部分（図５の斜線部分）を明るさの適量として定め、ＲＡＷデータのＲＧＢ毎にその３％部分のピークレベル（Ｒ−ＰＥＡＫ，Ｇ−ＰＥＡＫ，Ｂ−ＰＥＡＫ）を検出する（ステップＳ１４）。

また、ＲＡＷデータには、ホワイトバランスの設定は考慮されていない。そこで、ヒストグラム生成部５５により、前記ＲＡＷデータのピークレベルにＲＧＢ毎のＷＢゲイン（ｗｂ＿ｒ＿ｇａｉｎ，ｗｂ＿ｇ＿ｇａｉｎ，ｗｂ＿ｂ＿ｇａｉｎ）を乗じて、ホワイトバランス処理後のピークレベル（Ｒ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ，Ｇ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ，Ｂ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ）を算出する（ステップＳ１５）。

Ｒ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ＝Ｒ−ＰＥＡＫ ＊ ｗｂ＿ｒ＿ｇａｉｎ
Ｇ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ＝Ｇ−ＰＥＡＫ ＊ ｗｂ＿ｇ＿ｇａｉｎ
Ｂ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ＝Ｂ−ＰＥＡＫ ＊ ｗｂ＿ｂ＿ｇａｉｎ
ここで、Ｒ，Ｇ，Ｂの中で最も明るい色要素を基準にして明るさを補正するべく、テーブル変更処理部５６において、前記ステップＳ１５で算出されたＲＧＢ毎のホワイトバランス処理後のピークレベルの中で最も高い値（ＭＯＳＴ＿ＰＥＡＫ）を選択する（ステップＳ１６）。

この場合、図５において、例えばＲ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ＝５４７、Ｇ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ＝５４１、Ｂ−ＰＥＡＫ＿ＷＢ＝５４３と仮定すると、Ｒデータの５４７がＭＯＳＴ＿ＰＥＡＫとして選択されることになる。

次に、Ｒデータに対するガンマ補正前の目標レベル（ＴＡＲＧＥＴ＿ＬＥＶＥＬ）を定める（ステップＳ１７）。つまり、図５（ａ）の点線矢印で示すように、現在のＲデータの３％部分をもっと明るくするために、その目標となるレベルを定めておく。この目標レベルは、予め固定値として設定しておくことでも良いし、ユーザが任意に設定できるようにしても良い。固定値としては、後のガンマ補正のことも考慮して、最高値「１０２３」よりも多少低い値（例えば、「９００」程度）が好ましい。

また、ユーザが目標レベルを任意に設定する場合には、例えばメニューキー１６の押下操作により「目標レベル」の設定画面を表示し、この設定画面上で「０〜１０２３」の範囲内で任意の数値を目標レベルとして入力設定するものとする。この場合、前記固定値をデフォルト値として表示し、その値を目安にして任意に変更するような構成であっても良い。

このようにして、明るさの目標レベルが設定されると、テーブル変更処理部５６において、前記ステップＳ１６で求めたピークレベルがその目標レベルとなるような補正倍率（ＡＳＳＩＳＴ＿ＲＡＴＩＯ）を算出する（ステップＳ１８）。

ＡＳＳＩＳＴ＿ＲＡＴＩＯ＝ＴＡＲＧＥＴ＿ＬＥＶＥＬ／ＭＯＳＴ＿ＰＥＡＫ
ここで、前記ステップＳ１８で求めた補正倍率（ＡＳＳＩＳＴ＿ＲＡＴＩＯ）の値が１倍より大きいか否かを判断する（ステップＳ１９）。そして、補正倍率の値が１倍以下であったならば（ステップＳ１９のＮｏ）、明るさの分布に問題はないため、明るさ補正なしに上述した通常の画像処理を行う（ステップＳ２１）。

一方、補正倍率の値が１倍より大きかった場合には（ステップＳ１９のＹｅｓ）、明るさが足りないことを意味する。そこで、テーブル変更処理部５６により、前記補正倍率（ＡＳＳＩＳＴ＿ＲＡＴＩＯ）の値に応じてガンマルックアップテーブル５２を変更する（ステップＳ２０）。

詳しくは、図６に示すように、予め設定された１．０倍のガンマカーブ（階調補正情報）を標準として、１．５倍や２．０倍といったように補正倍率の値に応じてガンマルックアップテーブル５２の入力レンジを狭める方向に変更する。これにより、例えば１．５倍に変更したガンマカーブであれば、入力値ａ１に対して出力値ｂ２となり、標準カーブでの出力値ｂ１よりも明るい値を得ることができる。

なお、図６の例では、１．５倍や２．０倍に変更したガンマカーブしか示されていないが、実際には補正倍率の値によって無段階に変更可能である。この場合、補正倍率の最大値に制限を設けても良い。例えば、４．０倍を制限値として設定しておけば、これを超えるような大幅な変更を禁止できる。

ここで、変更前（標準１．０倍）のテーブル値をＮＯＲＭＡＬ＿ＴＡＢＬＥ（ｎ）、変更後のテーブル値をＡＳＳＩＳＴ＿ＴＡＢＬＥ（ｎ）とすると、以下のような式で表される。

ＡＳＳＩＳＴ＿ＴＡＢＬＥ（ｎ）＝ＡＳＳＩＳＴ＿ＲＡＴＩＯ × ＮＯＲＭＡＬ＿ＴＡＢＬＥ（ｎ）
ｎはテーブル全数であり、０〜１０２３までの値である。ただし、変更後のテーブル値において、８ビット出力の最大値である「２５５」を超える場合にはカットオフして、「２５５」として出力するものとする。

以後、このような変更後のガンマルックアップテーブル５２を用いてＲＡＷデータのＲＧＢを画像処理することで（ステップＳ２１）、前記目標レベルに合わせて明るさが補正された画像データが生成される。この画像データはＹＵＶ変換された後、ＪＰＥＧ回路３７にて所定の方式で圧縮処理されて撮影画像としてメモリ３８に記録される（ステップＳ２２）。

このように、撮影した画像の明るさが不足している場合に、そのときの明るさを自動補正して記録することができる。これにより、例えばストロボ撮影時に発光量が足りずに被写体が暗く写ってしまうような場合でも、ストロボ光が十分に届いたときと同様の明るい画像を簡単に得ることができる。

なお、明るさ補正を行うと、そのときの補正量に応じてノイズも増幅される問題があるが、常に明るさ補正を行うのではなく、上述したように条件１〜３に基づいて明るさ補正が必要であると判断された場合のみ行うようにしているので、不要な補正により画質を低下させてしまうことを防ぐことができる。

また、予め多数のガンマテーブルを用意しておき、これらのテーブルを切り換えることで画像データの明るさを調整する方法がある。しかしながら、このような方法では、テーブルの数だけメモリ容量を必要とし、さらに、予め用意しておくことのできるテーブルの数にも限界があるため、様々なシーンに合わせて無段階に細かい補正を行うことはできない。

これに対し、本方式では、予め基準となるガンマカーブ（階調補正情報）を１つだけ用意しておき、このガンマカーブを元にして補正量に応じた新たなガンマカーブ（階調補正情報）を適宜演算により求めている。よって、ガンマテーブルとしては１つだけで済み、メモリ容量を削減化することができ、さらに、様々なシーンに合わせて無段階に細かい補正を行うことができる、といった利点がある。

また、コントラストモードのように、ユーザが任意に設定可能な撮影モードを備えている場合には、ユーザが設定したモードに合わせてガンマカーブを変える必要がある。このような場合でも、本方式では、当該モードに対応したガンマカーブを基準にして変更を行うため、変更前と変更後のカーブで相対的な関係を保つことができるが、多数のテーブルを切り換える方法では、このような関係を保つことはできない。

なお、前記実施形態では、明るさ補正に関する処理を図３に示す画像処理回路２８内でハードウェア的に行うものとしたが、その一連の処理をプログラム化することで、マイクロプロセッサである制御部３２側でソフト的に行うことも可能である。

また、前記実施形態では、画像データの明るさを高輝度方向へ補正する場合を想定して説明したが、同様の手法にて低高輝度方向へ補正することも可能である。すなわち、図５において、画像データのＲＧＢ毎に低高輝度側から３％の部分のピーク値を求め、最も高いピーク値を対象にして０値に近い目標レベルと比較することで補正量を算出し、その補正量に従って図６に示す標準のガンマカーブを逆方向に変更する。これにより、画像データの暗い部分をもっと暗くして記録することが可能となる。

また、本発明はデジタルカメラに限るものではなく、例えばカメラ付きの携帯電話など、撮像装置としてデジタルカメラを備えている電子機器であれば、その全てに適用可能である。特に、カメラ付きの携帯電話のように、撮像素子のサイズが小さく、小型のストロボしか搭載できないような小型機器に対して有効である。

その他、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置としてデジタルカメラを例にした場合の外観構成を示す図であり、図１（ａ）は主に前面の構成、同図（ｂ）は主に背面の構成を示す斜視図。 同実施形態におけるデジタルカメラの電子回路構成を示すブロック図。 同実施形態におけるデジタルカメラに備えられた画像処理回路の機能構成を示すブロック図。 同実施形態におけるデジタルカメラの撮影時の明るさ補正を含む処理動作の流れを示すフローチャート。 同実施形態におけるＲＡＷデータのヒストグラムの一例を示す図であり、図５（ａ）はＲデータの明るさの分布状態、同図（ｂ）はＧデータの明るさの分布状態、同図（ｃ）はＢデータの明るさの分布状態を示す図。 同実施形態におけるガンマカーブの特性と入力レンジの変更を説明するための図。

符号の説明

１…デジタルカメラ、２…ボディ、３…撮影レンズ、４…セルフタイマランプ、５…光学ファインダ窓、６…ストロボ発光部、７…マイクロホン部、８…電源キー、９…シャッタキー、１０…撮影モードキー、１１…再生モードキー、１２…光学ファインダ、１３…スピーカ部、１４…マクロキー、１５…ストロボキー、１６…メニュー（ＭＥＮＵ）キー、１７…リングキー、１８…セット（ＳＥＴ）キー、１９…表示部、２１…モータ、２２…レンズ光学系、２３…ＣＣＤ、２４…タイミング発生器（ＴＧ）、２５…ドライバ、２６…サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、２７…Ａ／Ｄ変換器、２８…画像処理回路、２９…ＤＭＡコントローラ、３０…ＤＲＡＭインタフェース（Ｉ／Ｆ）、３１…ＤＲＡＭ、３２…制御部、３３…ＶＲＡＭコントローラ、３４…ＶＲＡＭ、３５…デジタルビデオエンコーダ、３６…キー入力部、３７…ＪＰＥＧ回路、３８…メモリ、３９…音声処理部、４０…ＵＳＢインタフェース（Ｉ／Ｆ）、４１…ストロボ駆動部、５１…ホワイトバランス処理部、５２…ガンマルックアップテーブル、５３…ガンマ補正部、５４…ＹＵＶ変換部、５５…ヒストグラム生成部、５６…テーブル変更処理部。

Claims (13)

1. レンズを通して入力される被写体の各部位からの光を、その光の強度に応じたデジタル値に変換して画像データとして出力する撮像手段と、
   所定の階調補正情報が記憶された補正テーブルと、
   前記撮像手段によって得られた画像データの明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
   このヒストグラム生成手段によって生成されたヒストグラムに基づいて明るさの目標値に対する補正量を算出し、前記補正テーブルの階調補正情報を前記補正量に応じて変更するテーブル変更手段と、
   このテーブル変更手段によって変更された階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさが補正された撮影画像を生成する補正手段と
   を具備したことを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正手段によって生成された撮影画像を所定のメモリに記録する記録手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記補正テーブルには、予め基準となる階調補正情報が記憶されており、
   前記テーブル変更手段は、前記基準となる階調補正情報を元にして前記補正量に応じた新たな階調補正情報を適宜演算により求めることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記テーブル変更手段は、前記ヒストグラム生成手段によって生成されたヒストグラムの中で所定の割合を有する部分を特定し、その特定部分の値と明るさの目標値とに基づいて補正量を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
5. 明るさ補正が必要であるか否かを所定の条件に基づいて判断する判断手段を備え、
   前記補正手段は、前記判断手段によって明るさ補正が必要であると判断された場合に、前記テーブル変更手段によって変更された階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさが補正された撮影画像を生成することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
6. 明るさ補正を有効とする特定のモードを設定するモード設定手段を備え、
   前記判断手段は、前記モード設定手段によって前記特定のモードが設定されている場合に明るさ補正が必要であると判断することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
7. ストロボ発光を行うストロボ発光手段を備え、
   前記判断手段は、前記ストロボ発光手段を用いてストロボ撮影を行う場合に明るさ補正が必要であると判断することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
8. 明るさ補正を有効とする特定のモードを設定するモード設定手段と、
   ストロボ発光を行うストロボ発光手段とを備え、
   前記判断手段は、前記モード設定手段によって前記特定のモードが設定された状態で、前記ストロボ発光手段を用いてストロボ撮影を行う場合に明るさ補正が必要であると判断することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
9. 連続撮影を行う連写モードを設定するモード設定手段を備え、
   前記判断手段は、前記モード設定手段によって連写モードが設定されている場合には、明るさ補正が不要であると判断することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
10. 前記ヒストグラム生成手段は、前記撮像手段によって得られた画像データのＲＧＢ毎にヒストグラムを生成し、
    前記テーブル変更手段は、前記ヒストグラム生成手段によってＲＧＢ毎に生成されたヒストグラムのそれぞれに対し所定の割合を有する部分を特定し、これらの特定部分の中で最も高い値を選択し、その選択された特定部分の値と明るさの目標値とに基づいて補正量を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
11. 前記ヒストグラム生成手段によってＲＧＢ毎に生成されたヒストグラムのそれぞれから得られた各特定部分の値にＲＧＢ毎の所定のゲインを乗じるゲイン調整手段を備え、
    前記テーブル変更手段は、前記ゲイン調整手段によってゲインが乗じられた各特定部分の値の中で最も高い値を選択し、その選択された特定部分の値と明るさの目標値とに基づいて補正量を算出することを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
12. レンズを通して入力される被写体の各部位からの光を、その光の強度に応じたデジタル値に変換して画像データとして出力する撮像手段を備えた撮像装置に用いられる明るさ補正方法であって、
    前記撮像手段によって得られた画像データの明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成するステップと、
    前記ヒストグラムに基づいて明るさの目標値に対する補正量を算出し、予め用意された補正テーブルに記憶された所定の階調補正情報を前記補正量に応じて変更するステップと、
    前記補正テーブルの変更後の階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさが補正された撮影画像を生成するステップと
    を備えたことを特徴とする明るさ補正方法。
13. レンズを通して入力される被写体の各部位からの光を、その光の強度に応じたデジタル値に変換して画像データとして出力する撮像手段を備えた撮像装置に搭載されたコンピュータによって実行されるプログラムであって、
    前記コンピュータに、
    前記撮像手段によって得られた画像データの明るさの分布状態を示すヒストグラムを生成する機能と、
    前記ヒストグラムに基づいて明るさの目標値に対する補正量を算出し、予め用意された補正テーブルに記憶された所定の階調補正情報を前記補正量に応じて変更する機能と、
    前記補正テーブルの変更後の階調補正情報に基づいて当該画像データを階調補正することで、前記目標値に合わせて明るさが補正された撮影画像を生成する機能と
    を実現させることを特徴とするプログラム。

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