JP2006165894A - 撮像装置、撮像方法及び撮像処理のためのプログラム - Google Patents

撮像装置、撮像方法及び撮像処理のためのプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 シャッタースピードの速さに応じて明るさの中心がずれる場合にも、任意のシャッタースピードに対して光量ムラを無くした撮像画像を得る。
【解決手段】 本発明の撮像装置は、CCD3による撮像の露光タイミングを切り替えるメカシャッター2´のシャッタースピードあるいはレンズのズーム位置に応じて、シェーディング補正部6によるシェーディング補正の中心位置を変化させるシェーディング補正中心位置補正機能部11を備えた。
【選択図】 図1

Description

本発明は、撮像される画像における外縁部の光量が低下しないようにシェーディング補正を行う撮像装置、撮像方法及び撮像処理のためのプログラムに関する。
一般に、テレビカメラやビデオカメラ等に用いられる撮像装置においては、撮像素子の特性やレンズの特性などによって、得られる画像に輝度のムラが生じることがあった。そのため、撮像画像のそれぞれの位置に対して補正係数を乗じて画像を補正するシェーディング補正が行われている。これら撮像画像の輝度のムラは、画像の中央から外側に向かった方向に同心円状に発生するため、従来の技術では、画像の中央部分を中心として同心円状に補正係数を乗じることによって行われていた。
また、色収差等の画質劣化の補正を各色別の画像を拡大、縮小することにより行う場合にも、同時に手振れ補正を行う撮像装置が提案されている(例えば特許文献1を参照)。
特開2003−255424号公報
しかし、シャッターの形状や閉じる機構により発生する輝度のムラは、その形状や機構によっては、輝度のムラの分布の中心の位置が画像の中心とは異なる場合や、また、シャッターのスピードによって補正用の中心の位置が異なる場合がある。この場合、従来の方法では正しい補正をすることができないという不都合があった。
そこで、本発明は、シャッタースピードの速さに応じて明るさの中心がずれる場合にも、任意のシャッタースピードに対して光量ムラを無くした撮像画像を得ることができる撮像装置、撮像方法及びその撮像処理のためのプログラムを提供することを目的とする。
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の撮像装置は、撮像手段による撮像の露光タイミングを切り替えるシャッターのシャッタースピードに応じて、シェーディング補正手段によるシェーディング補正の中心位置を変化させる中心位置補正手段を備えたものである。
これにより、画像の中心から外縁にかけて光量が落ちるシェーディング補正をする際に、シャッタースピードの速さに応じて明るさの中心がずれる場合にも、シェーディング補正の中心位置を変化させることによって、光量ムラを無くすように補正することができる。
また、本発明の撮像方法は、撮像の露光タイミングを切り替えるシャッターのシャッタースピードに応じて、シェーディング補正の中心位置を変化させる演算を光学系のオートフォーカス時に行うステップと、演算より得られた補正量に基づいて撮像される画像のキャプチャ時に画像の中心位置を補正するステップとを備えたものである。
これにより、オートフォーカス時に得られる露光データを用いて、シャッタースピードに応じてシェーディング補正の中心位置を変化させる補正量の演算を行うことができ、また、画像のキャプチャ時に補正量に基づいて画像の中心位置を補正することにより、キャプチャ画像にシャッタースピードに応じたシェーディング補正の中心位置の変化を反映させることができる。
また、本発明の撮像処理のためのプログラムは、撮像の露光タイミングを切り替えるシャッターのシャッタースピードに応じて、シェーディング補正の中心位置を変化させる演算指示を光学系のオートフォーカス時に行うように指示する演算指示機能と、演算より得られた補正量に基づいて撮像される画像のキャプチャ時に画像の中心位置を補正する指示をする補正指示機能を実現するための撮像処理のためのプログラムである。
本発明のプログラムによれば、オートフォーカス時に得られる露光データを用いて、シャッタースピードに応じてシェーディング補正の中心位置を変化させる補正量の演算を行う演算指示機能を実現することができるとともに、画像のキャプチャ時に補正量に基づいて画像の中心位置を補正することにより、キャプチャ画像にシャッタースピードに応じたシェーディング補正の中心位置の変化を反映させる補正指示機能を実現することができるようになる。
本発明によれば、シャッタースピードの速さに応じて明るさの中心がずれる場合の光量ムラを、シェーディング補正の中心位置を変化させて補正することにより、任意のシャッタースピードに対して光量ムラを無くした撮像画像を得ることができ、撮像画像の品質を向上させることができる。
そして、これによって、撮影条件によって中心の位置が変わる輝度のムラに対して、効果的に補正をかけることができる。また、既存のシェーディング補正手段をほとんど流用することができるため、新たに複雑な補正用の回路を作成する必要がないという利点もある。
以下、本発明の実施の形態の例について、適宜図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態例である撮像装置の構成を示すブロック図である。
図1の撮像装置は、レンズ1を介してCCD(Charge Coupled Device)3にて取得した被写体12の撮像信号に所定の処理を施した後にSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)8に蓄えて、映像信号としてモニタ9やフラッシュメモリ10に出力するものである。レンズ1は被写体12からの入射光に対してフォーカス調整やズーム調整などにより所定の光学的変換を施す。レンズ1で光学的変換された被写体12の反射光は、メカシャッター2`を介してCCD3に結像される。CCD3は入射する被写体12の反射光を撮像信号として出力する。
この撮像装置は、上記CCD3から得られる撮像信号を、以後の信号処理が可能となるように増幅するアンプ4と、アンプ4から与えられる撮像信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換部5と、このA/D変換部5にてデジタル信号とされた撮像信号に輝度の補正処理を施して、撮像信号のシェーディングを補正するシェーディング補正部6とを有している。
図2は、後述する本発明に用いられるメカシャッター2`と比較して説明する為に、従来のメカシャッター2による光量特性に応じたシェーディング補正特性を示す図である。
図2において、メカシャッター2がCCD3の長辺方向に対応する開閉方向21に開閉動作されることにより、CCD3のCCD撮像面22に入射する被写体12の反射光の光量は、光量特性23のようにCCD撮像面22のうちレンズ1の周辺部であってメカシャッター2の開閉方向21の外縁部で低下している。
図1に示すシェーディング補正部6は、図2に示すようにレンズ1の周辺部の光量落ちを補正するために設けられたものであり、撮影された画像の中央部分を中心として同心円状に光量特性23と逆特性となるシェーディング補正特性24に示されるようなゲイン特性を持ち、このゲイン特性を得られた画像データに対して掛ける働きをするものとなる。
図3は、本発明に用いられるメカシャッター2’の光量特性とそれに応じたシェーディング補正を説明するための図である。
図3は、本発明の実施の形態例に用いられるメカシャッター2’の構成の例である。すなわち、レンズの小型化などに伴い、図3のような形状のメカシャッター2’を使用した場合、メカシャッター2’はCCD3の対角線方向に対応する開閉方向31に開閉動作される。このため、CCD3のCCD撮像面32に入射する被写体12の反射光の光量は、光量特性33のようにCCD撮像面32のうちレンズ1の周辺部であってメカシャッター2’の開閉方向31の外縁部で低下し、さらに、光量特性33の中心はCCD撮像面32の中心から開閉方向31と垂直に対応する対角線方向にずれている。
したがって、CCD撮像面32に対応する画像の中心位置から開閉方向31と垂直に対応する対角線方向にずれた位置において、露光時間がもっとも長くなるため光量が上昇し、逆に、先に開閉方向31のメカシャッター2′に覆われる部分は露光時間が短くなるため光量が低下することになる。この現象は、メカシャッター2′のシャッタースピードが速くなるほど顕著に現れ、また、シャッタースピードの速さによって、光量ムラの分布の形状も異なってくることが計測により分かっている。
そこで、このようなメカシャッター2′を用いた場合のシェーディング補正部6としては、図3Bの番号34で示されるようなシェーディング特性を持たせる必要がある。すなわち、レンズ1の周辺部であってメカシャッター2′の開閉方向31の外縁部の光量落ちを考慮するとともに、さらに、光量特性33の中心がCCD撮像面32の中心から開閉方向31と垂直に対応する対角線方向にずれている点を補正する必要が生じる。このため、撮影された画像の中心であるCCD撮像面32の中心から、開閉方向31と垂直に対応する対角線方向にずれている光量特性33の中心点を中心として、同心円状に光量特性33と逆特性のシェーディング補正特性34を持たせるようにする。そして、このシェーディング特性34に相当するゲイン特性を得られた画像データに乗算して撮像画像のシェーディング補正を行っている。ここで、図3Cに示す光量分布特性35は、図3Bに示す光量特性33を平面的に示した図である。
なお、図1に示す撮像装置において、CPU7は、CCD3による撮像の露光タイミングを切り替えるメカシャッター2’のシャッタースピードに応じて、シェーディング補正部6によるシェーディング補正の中心位置を変化させるシェーディング補正中心位置補正機能部11を備えている。
図4は、このCPU7におけるシェーディング補正の中心位置補正機能部11の機能の全容を示すブロック図である。
シェーディング補正中心位置補正機能部11は、メカシャッター2’のシャッタースピードの速さ(露光時間)を検出するシャッタースピード検出部41とレンズ1のズーム位置を検出するズーム位置検出部42とを有している。
また、シェーディング補正中心位置補正機能部11は、シフト量演算、最適中心位置算出部45を備えており、ここで、CCD3による撮像の露光タイミングを切り替えるメカシャッター2のシャッタースピードに応じて、シェーディング補正部6によるシェーディング補正の最適中心位置を変化させるようにシフト量を演算すると共に、さらに光学系のズームレンズの位置を切り替えるズーム位置に応じて、シェーディング補正部6によるシェーディング補正の最適中心位置を変化させるようにシフト量を演算している。
さらに、シェーディング補正中心位置補正機能部11は、予めシャッタースピードを計測し、任意のシャッタースピードに対するシェーディング補正の中心位置の補正量を演算して格納したシャッタースピードに対する補正量テーブル43を有している。この補正量テーブル43は、光学系のズームレンズの位置を切り替えるズーム位置毎に設けられている。
また、シェーディング補正中心位置補正機能部11は、予めズーム位置を計測し、任意のズーム位置に対するシェーディング補正の中心位置の補正量を演算して格納したズーム位置に対する補正量テーブル44を有している。この補正量テーブル44は、シャッタースピード毎に設けられる。
そして、シェーディング補正中心位置補正機能部11には、シフト量演算、最適中心位置算出部45で算出されたシフト量、最適中心位置をシェーディング補正部6へ出力するシフト量、最適中心位置補正出力部46が設けられている。
以下、このように構成されたシェーディング補正中心位置補正機能部11のシフト量の演算機能について説明する。
図5は、ズーム位置aのときのシャッタースピードに対するシフト量を示す図であり、図5AはX方向シフト量、図5BはY方向シフト量である。
図5は、予めシャッタースピードを計測することによってシフト量を演算して用意した補正用のグラフである。このグラフはズーム位置ごとに用意され、それぞれのズーム位置a、b、c、・・・において、図5Aに示すx方向のシフト量X1、X2,X3とシャッタースピードP1、P2、P3の関係、および図5Bに示すy方向のシフト量Y1、Y2,Y3とシャッタースピードP1、P2、P3の関係を表している。
例えば、図5Aに示す各シャッタースピードP1、P2、P3に対するx方向のシフト量X1、X2,X3のデータ、および図5Bに示す各シャッタースピードP1、P2、P3に対するy方向のシフト量Y1、Y2,Y3のデータが、図4に示したシャッタースピードに対する補正量テーブル43に格納されている。図4に示したシフト量演算、最適中心位置算出部45は、シャッタースピードに対する補正量テーブル43に格納されているデータから各シャッタースピードP1、P2、P3の間のシャッタースピードに対するシフト量のデータを補間することにより図5に示す補正用のグラフを得る。
図6は、シャッタースピードsのときのズーム位置に対するシフト量を示す図であり、図6AはX方向シフト量、図6BはY方向シフト量である。
図6は、予めズーム位置を計測することによってシフト量を演算して用意した補正用のグラフである。このグラフはシャッタースピードごとに用意され、それぞれのシャッタースピードs、t、u、・・・において、図6Aに示すx方向のシフト量X11、X12,X13とズーム位置Z1(ワイド端側)、Z2、Z3(テレ端側)の関係、および図6Bに示すy方向のシフト量Y11、Y13とズーム位置Z1(ワイド端側)、Z2、Z3(テレ端側)の関係を表している。
例えば、図6Aに示す各ズーム位置Z1(ワイド端側)、Z2、Z3(テレ端側)に対するx方向のシフト量X11、X12,X13のデータ、および図5Bに示す各ズーム位置Z1(ワイド端側)、Z3(テレ端側)に対するy方向のシフト量Y11、Y13のデータが図4に示したズーム位置に対する補正量テーブル44に格納されている。図4に示したシフト量演算、最適中心位置算出部45は、ズーム位置に対する補正量テーブル44に格納されているデータから各ズーム位置Z1(ワイド端側)、Z2、Z3(テレ端側)の間のズーム位置に対するシフト量のデータを補間することにより図6に示す補正用のグラフを得る。
図4に示したシャッタースピード検出部41及びズーム位置検出部42にて計測された、シャッタースピードの速さとズーム位置を元に、図4に示したシフト量演算、最適中心位置算出部45は、これらのグラフのデータを用いて、図8に示すように、画像の中心82からx方向のシフト量83、y方向のシフト量84を計算し、シェーディング補正用の同心円の最適な補正の中心位置85を算出する。算出したシフト量データはシェーディング補正部6に通知され、シェーディング補正部6は、そのシフト量データに応じて中心の位置を変化させた後に、同心円状にゲインを掛けることによって、より適切な補正を行うようにしている。
図7は、シェーディング補正の中心位置補正動作を示すフローチャートであり、図4に示したシェーディング補正中心位置補正機能部11のシフト量の演算に関連する各処理を示したものである。
図7において、まず、CPU7は、レンズ1に対するオートフォーカス(AF)調整時であるか否かを判断する(ステップS1)。
ステップS1の判断でオートフォーカス(AF)調整時であるときは、図4に示したシェーディング補正中心位置補正機能部11のシャッタースピード検出部41がメカシャッター2´のシャッタースピードが検出されたか否かを判断する(ステップS2)。
ステップS2の判断でシャッタースピードが検出されたときは、図4に示したシフト量演算、最適中心位置算出部45は、シャッタースピードに対する補正量をシャッタースピードに対する補正量テーブル43から読み出して取り込む(ステップS2)。
次に、シェーディング補正中心位置補正機能部11のズーム位置検出部42において、レンズ1のズーム位置が検出されたか否かが判断される(ステップS4)。
ステップS4の判断でズーム位置が検出されたと判定されたときは、シフト量演算、最適中心位置算出部45は、ズーム位置に対する補正量をズーム位置に対する補正量テーブル44から読み出して取り込む(ステップS5)。
そして、シフト量演算、最適中心位置算出部45は、シャッタースピードに対する補正量及びズーム位置に対する補正量から、シフト量の計算をし、最適中心位置の算出をする(ステップS6)。
このとき、図1に示すモニタ9には、まだシェーディング補正6によるシェーディング補正が行われていない画像が出力されている。
次に、CPU7は、CCD3によって画像がキャプチャされたかどうか、つまり画像キャプチャ時であるか否かを判断する(ステップS7)。
判断ステップS7で画像キャプチャ時であると判断されたときは、シフト量、最適中心位置補正出力部46は、シフト量演算、最適中心位置算出部45で算出されたシフト量、最適中心位置をシェーディング補正部6へ出力する。
これにより、シェーディング補正部6は、画像のキャプチャ時に補正量に基づいて画像の中心位置を補正することにより、キャプチャ画像にシャッタースピード及びズーム位置に応じたシェーディング補正の中心位置の変化を反映させる(ステップS8)。
このようにして、シャッタースピード及びズーム位置に応じたシェーディング補正の中心位置の変化を反映させたキャプチャ画像が図1に示すフラッシュメモリ10に格納される。
以上、本発明の実施の形態の例について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、その構成を変更しうることはいうまでもない。
例えば、上述した撮像装置において、フラッシュを発光させた場合に発生する画像の輝度ムラをシェーディング補正によって補正するような場合には、被写体の距離や画角によって、もっとも明るい場所の位置が異なる。そのため、被写体の位置を算出し、これに基づいて補正の中心位置を変化させることにより、フラッシュ発光時の画像の輝度ムラをシェーディング補正するようにすることも可能である。
本発明の実施の形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。 メカシャッターによる光量特性に応じたシェーディング補正特性を示す図であり、図2Aはメカシャッター開閉動作、図2Bは光量特性及びシェーディング補正特性である。 本発明に用いられるメカシャッターによる光量特性に応じたシェーディング補正特性を示す図であり、図3Aはメカシャッター開閉動作、図3Bは光量特性及びシェーディング補正特性、図3Cは光量分布特性である。 シェーディング補正の中心位置補正機能を示すブロック図である。 ズーム位置aのときのシャッタースピードに対するシフト量を示す図であり、図5AはX方向シフト量、図5BはY方向シフト量である。 シャッタースピードsのときのズーム位置に対するシフト量を示す図であり、図6AはX方向シフト量、図6BはY方向シフト量である。 シェーディング補正の中心位置補正動作を示すフローチャートである。 シェーディング補正の中心位置補正を示す図である。
符号の説明
1…レンズ、2、2´…メカシャッター、3…CCD、4…アンプ、5…A/D変換器、6…シェーディング補正部、7…CPU、8…SDRAM、9…モニタ、10…フラッシュメモリ、11…シェーディング補正中心位置補正機能部、12…被写体、21…開閉方向、22…CCD撮像面、23…光量特性、24…逆特性のシェーディング補正特性、31…開閉方向、32…CCD撮像面、33…光量特性、34…逆特性のシェーディング補正特性、35…光量分布特性、41…シャッタースピード検出部、42…ズーム位置検出部、43…シャッタースピードに対する補正量テーブル、44…ズーム位置に対する補正量テーブル、46…シフト量、最適中心位置補正出力部、45…シフト量演算、最適中心位置算出部、82…画像の中心、83…x方向シフト量、84…y方向シフト量、85…補正の中心

Claims (18)

  1. 光学系を介して被写体を撮像する撮像手段と、
    上記撮像手段によって撮像した被写体の画像における外縁部の光量が低下しないように補正するシェーディング補正手段と、
    上記撮像手段による撮像の露光タイミングを切り替えるシャッターのシャッタースピードに応じて、上記シェーディング補正手段によるシェーディング補正の中心位置を変化させる中心位置補正手段
    を備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 請求項1記載の撮像装置において、
    上記中心位置補正手段は、さらに上記光学系のズームレンズの位置を切り替えるズーム位置に応じて、上記シェーディング補正手段によるシェーディング補正の中心位置を変化させることを特徴とする撮像装置。
  3. 請求項1記載の撮像装置において、
    上記中心位置補正手段は、予めシャッタースピードを計測し、任意のシャッタースピードに対するシェーディング補正の中心位置の補正量を演算して格納したシャッタースピード対補正量テーブルを有することを特徴とする撮像装置。
  4. 請求項3記載の撮像装置において、
    上記シャッタースピード対補正量テーブルは、上記光学系のズームレンズの位置を切り替えるズーム位置毎に設けられることを特徴とする撮像装置。
  5. 請求項2記載の撮像装置において、
    上記中心位置補正手段は、予めズーム位置を計測し、任意のズーム位置に対するシェーディング補正の中心位置の補正量を演算して格納したズーム位置対補正量テーブルを有することを特徴とする撮像装置。
  6. 請求項5記載の撮像装置において、
    上記ズーム位置対補正量テーブルは、上記シャッタースピード毎に設けられることを特徴とする撮像装置。
  7. 光学系を介して撮像される画像における外縁部の光量が低下しないようにシェーディング補正を行う撮像方法であって、
    上記撮像の露光タイミングを切り替えるシャッターのシャッタースピードに応じて、上記シェーディング補正の中心位置を変化させる演算を上記光学系のオートフォーカス時に行うステップと、
    上記演算より得られた補正量に基づいて上記撮像される画像のキャプチャ時に画像の中心位置を補正するステップと
    を備えたことを特徴とする撮像方法。
  8. 請求項7記載の撮像方法において、
    さらに上記光学系のズームレンズの位置を切り替えるズーム位置に応じて、上記シェーディング補正の中心位置を変化させる演算を上記光学系のオートフォーカス時に行うステップと、
    を備えたことを特徴とする撮像方法。
  9. 請求項7記載の撮像方法において、
    上記シェーディング補正の中心位置を変化させる演算は、予めシャッタースピードを計測し、任意のシャッタースピードに対するシェーディング補正の中心位置の補正量を演算して格納したシャッタースピード対補正量テーブルを用いて行うことを特徴とする撮像方法。
  10. 請求項9記載の撮像方法において、
    上記シャッタースピード対補正量テーブルを用いて行う演算は、上記光学系のズームレンズの位置を切り替えるズーム位置毎に行うことを特徴とする撮像方法。
  11. 請求項8記載の撮像方法において、
    上記シェーディング補正の中心位置を変化させる演算は、予めズーム位置を計測し、任意のズーム位置に対するシェーディング補正の中心位置の補正量を演算して格納したズーム位置対補正量テーブルを用いて行うことを特徴とする撮像方法。
  12. 請求項11記載の撮像方法において、
    上記ズーム位置対補正量テーブルを用いて行う演算は、上記シャッタースピード毎に行うことを特徴とする撮像方法。
  13. 光学系を介して撮像される画像における外縁部の光量が低下しないようにシェーディング補正機能を実現する撮像処理のためのプログラムであって、
    上記撮像の露光タイミングを切り替えるシャッターのシャッタースピードに応じて、上記シェーディング補正の中心位置を変化させる演算を上記光学系のオートフォーカス時に行うように指示する演算指示機能と、
    上記演算より得られた補正量に基づいて上記撮像される画像のキャプチャ時に画像の中心位置を補正する指示をする補正指示機能を
    実現する撮像処理のためのプログラム。
  14. 請求項13記載の撮像処理のためのプログラムにおいて、
    さらに上記光学系のズームレンズの位置を切り替えるズーム位置に応じて、上記シェーディング補正の中心位置を変化させる演算を上記光学系のオートフォーカス時に行うように指示する演算指示機能を
    実現する撮像処理のためのプログラム。
  15. 請求項13記載の撮像処理のためのプログラムにおいて、
    上記シェーディング補正の中心位置を変化させる演算指示は、予めシャッタースピードを計測し、任意のシャッタースピードに対するシェーディング補正の中心位置の補正量を演算して格納したシャッタースピード対補正量テーブルを用いて行う演算指示である撮像処理のためのプログラム。
  16. 請求項15記載の撮像処理のためのプログラムにおいて、
    上記シャッタースピード対補正量テーブルを用いて行う演算指示は、上記光学系のズームレンズの位置を切り替えるズーム位置毎に行う演算指示である撮像処理のためのプログラム。
  17. 請求項14記載の撮像処理のためのプログラムにおいて、
    上記シェーディング補正の中心位置を変化させる演算指示は、予めズーム位置を計測し、任意のズーム位置に対するシェーディング補正の中心位置の補正量を演算して格納したズーム位置対補正量テーブルを用いて行う演算指示である撮像処理のためのプログラム。
  18. 請求項17記載の撮像処理のためのプログラムにおいて、
    上記ズーム位置対補正量テーブルを用いて行う演算指示は、上記シャッタースピード毎に行う演算指示である撮像処理のためのプログラム。

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