JP2006050040A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多くの撮影画像において質の高い画像を得ることができる撮像装置を提供すること。
【解決手段】被写体を結像するためのレンズと、該レンズにより結像された光情報を電気信号に変換する撮像素子と、該レンズと該撮像素子に固有の輝度シェーディングを補正するためのデータを記録するメモリーと、該メモリーからの情報に基づき該撮像素子より出力される画像信号から輝度シェーディングを補正するシェーディング補正回路とを有する撮像装置において、前記撮像素子より出力される画像の周辺部の画像認識に基づいて輝度シェーディング補正の実行／非実行を自動判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関するものである。

近年、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ（ＤＣＳ）が著しい普及を見せている。そして、これらのレンズとしては、銀塩カメラ同様に様々あり、広角から望遠、短焦点もあればズームもある。ズームレンズでは、２〜３倍程度のものが多いが、７倍、１０倍といった高倍率のものもある。このようなレンズでは、レンズによっては、或はレンズの条件（ズーム位置、絞り条件等）によって周辺光量落ちが見られる。画像としてはこのような周辺光量落ちを輝度シェーディングと呼ぶ。

このような輝度シェーディングは広角レンズ、或はズームレンズの広角側（ワイド側）で著しくなる傾向がある。又、絞り開放での落ち量が大きくなり、絞りを絞ると落ち量が少なくなる。

レンズの周辺光量落ちは銀塩フィルムカメラの時代より許容されてきたものであるが、デジタルカメラの撮像素子が銀塩フィルムに比べてラチチュードが狭いこと等もあり、又、周辺までの光量をなるべく落とさないようにすることから周辺部で目立つことにもなる。又、サムネール等、画像サイズを縮小して見る機会も多くあり、その場合に輝度シェーディングが視覚的に目立つ等もあり、周辺光量落ちの低減が望まれる方向にある一方、これを少なくするためには、レンズを大きくする必要がある。

デジタルカメラは小型軽量のニーズが強く、どちらを採用するか難しい判断となる。画角の性能を制限することも輝度シェーディングの現象になるが、高画角撮影を捨てることになる。絞りの最大開口を小さくすることも、輝度シェーディングを減ずるが、カメラとしての性能を落とすことである。このために、レンズの大きさとレンズの画角とレンズの明るさ（最大開口）と輝度シェーディング（周辺光量落ち）の性能のバランスを取ることで製品の設計がなされる。このバランスを変える方法として、輝度シェーディング補正を信号処理で行うことが提案される。輝度シェーディング補正をすることで、輝度シェーディングでの制限枠を広げることとなり、レンズの小型化、或は明るさ、広画角といったレンズ性能の向上を図れることとなる。

特開平１０−１５５１００号公報

しかしながら、上述の従来例においては以下のような問題があった。

即ち、図３は輝度シェーディング補正処理回路を持つデジタルカメラの概略図である。１は被写体の光線を結像するためのレンズ、２はレンズを通って結象される光の光量を制御するためのメカニカル絞りとシャッター、３はレンズからの被写体の結像光の結像する面に設置され、被写体結像光を電気信号に変換する固体撮像素子、５は電気回路で、固体撮像素子４の出力信号を記録する画像メモリー５、シェーディング補正回路６、画像メモリーからのＣＣＤ生画像データ信号をシェーディング補正回路６でシェーディング補正した画像信号を色、輝度処理をしてＪＰＥＧ等の最終画像として処理する信号処理回路１０、カメラ全体のシステムコントロール回路１０とによって構成される。このうちのシェーディング補正回路は予めカメラの各条件でのシェーディングデータを記録しておく輝度シェーディングデータメモリのデータと画像メモリからのＣＣＤ生画像データを演算し、シェーディング補正した画像を出力する演算回路８とにより構成される。

図４は輝度シェーディングを例示するものである。（１）が白一面画像を撮影したときの画像であり、４隅周辺部が暗くなっているのが画像に表れている輝度シェーディング画像例、（２）は画面対角Ａ−Ｂの出力レベルである。周辺での低下分はレンズのズームポジション、絞り条件等により異なり、通常はズームワイド端の絞り開放での輝度シェーディング量が最大となる。ズーム中間域からテレでは輝度シェーディングは殆どないものが多いが、ズーム倍率の高いものでは、テレ端側で再び輝度シェーディングの発生が見られるようになる。

輝度シェーディング補正は、輝度シェーディングデータメモリ７に白一面画像撮影時の各画像領域に画像中心部の出力との比を補正係数情報として持ち、画像メモリーより出力されるＣＣＤ生画像データに各部の補正係数を掛け算することでなされる。例えば、対角Ａ端部の補正係数は、
Ｎａ＝ Ｏｃ／Ｏａ
Ｏｃ：白一面撮影時の中心出力レベル
Ｏａ：白一面撮影時のＡ端部の出力レベル
Ｎａ：輝度シェーディング補正の係数
本撮影された画像データのＡ端部の出力は演算器８で、輝度シェーディング補正係数Ｎａが掛け算される。このようにして、画像の各部の補正係数が、画像メモリーからのＣＣＤ画像生データの対応する画像位置に応じた補正係数を掛け算することで、輝度シェーディング補正がなされる 。

輝度シェーディング量は、先にも説明したように、ズーム位置、絞り開口等でも変わることから、ズーム位置別、絞り開口別のデータが輝度シェーディングデータメモリに格納されることとなる。そして、システムコントロール回路９は、現在の絞り、ズーム位置設定情報に基づいた、対応する輝度シェーディング補正データを輝度シェーディングデータメモリー７から出力されるように制御する。こうしてシェーディング補正回路６で輝度シェーディング補正された画像データは、信号処理回路１０で、輝度シーディングの無い画像として信号処理されて出力されることとなる 。

しかしながら、このような輝度シェーディング補正は、実質、周辺部のゲインを高めていることでなされており、周辺光量の低い場合には２倍以上のゲインとされる場合もある。このために、周辺部でのノイズ分が周辺部で目立つようになるという弊害が発生する。又、画像シェーディングデータメモリの情報は予め生産時に入力することとなるが、実際の測定によらず設計上のデータを持つこともあるが、その場合、現実の輝度シェーディングとのずれにより、擬似輪郭が画像に生じる場合がある。このことは、実測値によるデータを持つカメラにおいても、全撮影条件を持つとデータ量が大きくなり過ぎることから特定の選択された条件を持つことになり、実際の撮影時のシェーディングの発生と格納データとのずれはでる。

又、レンズ鏡筒メカのガタ等により、輝度シェーディングの発生のばらつきが生じることもある。これらにより、実測データによるカメラでも実撮影時の輝度シェーディングと補正データとの差による擬似輪郭が発生することとも生じる。ここでの例示を始めとして、幾つかの現象による輝度シェーディング補正による画質劣化が生じる。

画像によっては、輝度シェーディングが目立つ画像もあり、目立たない画像もある。輝度シェーディングの目立たない画像では、むしろ、輝度シェーディング補正をしない方が、補正による画質劣化もなくなるので好ましく、より高画質の画像が得られる。

以上は輝度シェーディング補正に関して述べたが、画面の中央部に対して色あいが変化する色シェーディングに対する補正に関しても同様の課題が存在する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、輝度シェーディングが目立たない画像においては、輝度シェーディングを行わないようにすることで、補正の劣化のない画像を提供し、又、輝度シェーディングの方が画質劣化への影響が大きい場合には輝度シェーディング補正を行うように、撮影された画像を認識することで、自動的に輝度シェーディング補正の実行／非実行を切り替えることで、多くの撮影画像において質の高い画像を得ることができる撮像装置を提供することにある。

本発明は、被写体を結像するためのレンズと、該レンズにより結像された光情報を電気信号に変換する撮像素子と、該レンズと該撮像素子に固有の輝度シェーディングを補正するためのデータを記録するメモリーと、該メモリーからの情報に基づき該撮像素子より出力される画像信号から輝度シェーディングを補正するシェーディング補正回路とを有する撮像装置において、前記撮像素子より出力される画像の周辺部の画像認識に基づいて輝度シェーディング補正の実行／非実行を自動判定することを特徴とする。

又、被写体を結像するためのレンズと、該レンズにより結像された光情報を電気信号に変換する撮像素子と、該レンズと該撮像素子に固有の輝度シェーディングを補正するためのデータを記録するメモリーと、該メモリーからの情報に基づき該撮像素子より出力される画像信号から輝度シェーディングを補正するシェーディング補正回路とを有する撮像装置において、前記撮像素子より出力される画像の周辺部の周波数成分とその振幅と平均輝度レベルを測定し、その測定値に基づいて輝度シェーディング補正の実行／非実行を自動判定することを特徴とする。

更に、被写体を結像するためのレンズと、該レンズにより結像された光情報を電気信号に変換する撮像素子と、該レンズと該撮像素子に固有の色シェーディングを補正するためのデータを記録するメモリーと、該メモリーからの情報に基づき該撮像素子より出力される画像信号から色シェーディングを補正するシェーディング補正回路とを有する撮像装置において、前記撮像素子より出力される画像の画像認識に基づいて色シェーディング補正の実行／非実行を自動判定することを特徴とする。

本発明によれば、輝度シェーディングが目立つ画像では輝度シェーディング補正を行い、目立たない画像では輝度シェーディング補正を行わないことで、撮影される画像に応じた補正がなされ、これにより撮影される多くの画像における画質の適正化がなされる。又、色シェーディングについても同様である。

本発明は、輝度シェーディング補正する場合に新たな劣化が発生すること、画像によっては、輝度シェーディングの目立たない画像と目立つ画像があることに着目し、輝度シェーディングの影響を大きく受ける画像周辺部、特に画像の４隅の画像を認識し、その画像が輝度シェーディングの目立たない画像であるかを判別し、その結果が輝度シェーディングが目立たない画像であれば、輝度シェーディング補正を行わず、判別結果が輝度シェーディングが目立つ画像であれば、輝度シェーディング補正を行うことを特徴とする。

ここで、輝度シェーディングが目立つ画像とは、
１．のっぺりとした起伏のない画像…空、壁、白紙、色紙といったように、低域周波数成分が高く、なだらかな画像
２．中輝度域…平均輝度レベルが中域の場合に輝度シェーディングが目立つ領域
輝度シェーディングの目立たない画像とは、
１．起伏の激しい雑然とした画像…遠景の建物風景、周辺部が木々や草むら、雑多な小物類といったように、高域周波数成分が高く、雑然とした画像
２．低輝度域と高輝度域…平均輝度レベルが低い領域。又、ガンマのねる高輝度域での輝度シェーディングは目立たない領域
以上方法を適用した本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。従来例の説明に用いた図との差は、周辺画像を識別し、輝度シェーディングが目立つ画像か否かの判断をするための周辺画像認識回路１１で、これは、画像メモリーから画像の周辺部画像を入力し、周波数の分布と、各周波数に振幅、平均輝度レベルとを測定する。そして、輝度シェーディングをする画像か、否かの判定をシステムコントロールに伝達する。次に、スイッチ１２は、システムコントロール回路９に伝達された周辺画像認識回路の判定結果に基づいてシステムコントロール回路によりＯＮ／ＯＦＦされる。これにより輝度シェーディング補正するしないが制御される。

周辺画像認識回路で、輝度シェーディングが目立たない画像であると判定されると、演算器８をそのまま通過して信号処理回路１０に入力され処理される。輝度シェーディングが目立つ画像と判定されると、演算器８で従来例同様に、画像メモリーから出力される画像に、各画像位置に対応する補正係数のゲインが掛けられて輝度シェーディング補正される。

図４は周辺画像認識回路の実施例のブロック図である。

図４において、４１はバンドパスフィルタで、輝度シェーディングの目立たない帯域の周波数を抜き出す。バンドより低い周波数では輝度シェーディングが目立ち、バンドより高い周波数は画像に寄与しない、或は、モアレの生じるような高周波域で輝度シェーディングとの関連がない。輝度シェーディングの目立たない周波数域でも振幅が低ければ輝度シェーディングが目立ち、又、輝度レベルによっても目立つこととなる。これを検知するのがブロック積分器１の４２、比較器の４３、ブロック積分器２の４４、比較器２の４５である。

ブロック積分器１は、ブロックを細かくして、それを積分器１で積分して任意の基準値と比較することで振幅分を抽出し、ブロック積分２は、ブロックを周辺部全体として平均レベルの輝度値を比較器２で検知して判定する。図示しないが、ブロック積分器２の結果はブロック積分１の成分からの振幅成分の比較にも情報伝達がされる。振幅、輝度レベル情報の判定から総合判定を出力するのが判定器４６である。

図５は別の実施例の周辺画像認識回路のブロック図である。

ＦＦＴ５１で周波数成分と振幅とＤＣ（輝度レベル）を出し、それぞれの成分を判定器５２，５３，５４で輝度シェーディングの目立つ領域か否かの判定をする。それぞれの判定結果から総合判定器５５は総合判断をして木戸シェーディングをするかしないかの判定をシステムコントロール回路に伝達する。尚、総合判定器をアンド回路で図示したが、各判定基準によってはオア回路ともされる。

以上は輝度シェーディング補正に関して述べたが、色シェーディング補正に関しても同様に、画像認識により色シェーディングの目立つ画像とそうでない画像の判定をして、目立たない画像では補正しないという方法が採られる。この場合、色シェーディングは輝度シェーディングと異なり、中央に対する四隅という訳にはいかず、例えば左右差という場合もある。このために輝度シェーディングとは異なり画像全面を見ることとなる。

本発明に係るカメラの構成を示すブロック図である。 従来の輝度シェーディング補正機能を有するデジタルカメラのブロック図である。 輝度シェーディング図である。 周辺画像認識回路のブロック図である。 周辺画像認識回路のブロック図である。

符号の説明

１ レンズ
２ メカニカルシャッターとメカニカル絞り
３ 固体撮像素子
４ 電気回路
５ 画像メモリー
６ 輝度シェーディング補正回路
７ 輝度シェーディングデータ- メモリ
８ 演算器
９ システムコントロール回路
１０ 信号処理回路
１１ 周辺画像認識回路
１２ スイッチ
４１ ＢＰＦ
４２ ブロック積分回路１
４３ 比較器１
４４ ブロック積分回路２
４５ 比較器２
４６ 判定器
５１ ＦＦＴ
５２ 周波数判定器
５３ 振幅判定器
５４ 輝度レベル判定器
５５ 総合判定器

Claims (7)

1. 被写体を結像するためのレンズと、該レンズにより結像された光情報を電気信号に変換する撮像素子と、該レンズと該撮像素子に固有の輝度シェーディングを補正するためのデータを記録するメモリーと、該メモリーからの情報に基づき該撮像素子より出力される画像信号から輝度シェーディングを補正するシェーディング補正回路とを有する撮像装置において、
   前記撮像素子より出力される画像の周辺部の画像認識に基づいて輝度シェーディング補正の実行／非実行を自動判定することを特徴とする撮像装置。
2. 画像認識の結果がのっぺりとした中輝度域の画像であると認識された場合のみに輝度シェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 被写体を結像するためのレンズと、該レンズにより結像された光情報を電気信号に変換する撮像素子と、該レンズと該撮像素子に固有の輝度シェーディングを補正するためのデータを記録するメモリーと、該メモリーからの情報に基づき該撮像素子より出力される画像信号から輝度シェーディングを補正するシェーディング補正回路とを有する撮像装置において、
   前記撮像素子より出力される画像の周辺部の周波数成分とその振幅と平均輝度レベルを測定し、その測定値に基づいて輝度シェーディング補正の実行／非実行を自動判定することを特徴とする撮像装置。
4. 周波数成分の低域成分が多い場合に輝度シェーディング補正を行い、周波数成分の高域成分が多い場合には輝度シェーディング補正を行わないことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 高域周波数成分の振幅が低い場合に輝度シェーディング補正を行い、高域周波数の振幅が高い場合には輝度シェーディング補正を行わないことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
6. 輝度の平均レベルが中域の場合に輝度シェーディング補正を行い、低域と高域の場合には輝度シェーディング補正を行わないことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
7. 被写体を結像するためのレンズと、該レンズにより結像された光情報を電気信号に変換する撮像素子と、該レンズと該撮像素子に固有の色シェーディングを補正するためのデータを記録するメモリーと、該メモリーからの情報に基づき該撮像素子より出力される画像信号から色シェーディングを補正するシェーディング補正回路とを有する撮像装置において、
   前記撮像素子より出力される画像の画像認識に基づいて色シェーディング補正の実行／非実行を自動判定することを特徴とする撮像装置。

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