JP2006165937A

JP2006165937A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2006165937A
Application number: JP2004353545A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Yoshida; 彰宏吉田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】簡単な構成でフレアを適切に補正して良質な画像を得る。
【解決手段】ＣＣＤ３から入力した輝度信号の累積度数分布（ヒストグラム）をヒストグラム作成部４２で作成し、黒補正値算出部４３５はヒストグラム作成部４２で作成した輝度信号のヒストグラムとあらかじめ撮影光学系２等の特性に応じて測定した補正特性と比較して黒レベルの補正値を取得する。画像処理部４３はＣＣＤ３から入力した画像信号を黒補正値算出部４３５で取得した黒レベルの補正値で黒補正し、撮像した画像に黒浮きが生じることを防ぐ。
【選択図】図２

Description

この発明は、撮像素子を使用した撮像装置、特にフレア補正に関するものである。

ＣＣＤ等の撮像素子を用いたデジタルカメラにおいては、撮影光学系で反射した光が、再度、撮像素子に入力することにより、被写体の画像の最も暗い低輝度部分で黒レベルが浮いた状態になり、全体が明るくなって撮影した画像がぼやけて画質が劣化するフレアがある。

このフレアを補正するため、特許文献１に示された撮像装置は、ＣＣＤから出力された撮像信号から得られた輝度信号を、黒引き込みレベルに基づいてフレアを補正するフレア補正回路を介してガンマ補正回路に供給するとともに、フレア補正前の輝度信号を所定の輝度レベルでのヒストグラムを作成し、作成したヒストグラムの値にからフレア補正用の黒引き込みレベルを算出し、算出した黒引き込みレベルをフレア補正回路にフィードフォワードしてフレア補正を行うようにしている。

また、特許文献２に示されたフレア補正方法は、各種カメラのフレア特性をあらかじめ測定して保存しておき、撮影した全ての画像を保存しているフレア特性を用いて補正するようにしている。

特許文献１に示すように、輝度信号のヒストグラムからフレア補正用の黒引き込みレベルを算出してフィードフォワード制御を行っていると、フレア補正制御が複雑になってしまう。また、特許文献２に示すように、あらかじめ測定したフレア特性を用いてフレア補正する方法では、撮影する各種被写体の画像に対して精度の高いフレア補正することは困難であるという短所がある。
特開平９−２４７５４１号公報特開２００３−６９８９６号公報

この発明は、このような短所を改善し、簡単な構成でフレアを適切に補正することができる撮像装置を提供することを目的とするものである。

この発明の撮像装置は、撮影光学系と撮像素子と画像信号処理部と撮影光学系駆動部と撮像素子駆動部と駆動制御部と画像データ記録部とを有する撮像装置において、画像信号処理部は、ヒストグラム作成部と黒補正値算出部及び画像処理部を有し、ヒストグラム作成部は撮像素子から入力した輝度信号の累積度数分布（ヒストグラム）を作成し、黒補正値算出部はヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムとあらかじめ撮影光学系等の特性に応じて測定した補正特性と比較して黒レベルの補正値を取得し、画像処理部は撮像素子から入力した画像信号を黒補正値算出部で取得した黒レベルの補正値で黒補正することを特徴とする。

黒補正値算出部は、撮影直前のモニタリング駆動においてヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムに基づき黒レベルの補正値を取得し、画像処理部は、続いて行われる静止画駆動において入力した画像信号の黒補正を行うと良い。

また、黒補正値算出部は、第１の静止画駆動においてヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムに基づき黒レベルの補正値を取得し、前記画像処理部は、第２の静止画駆動において入力した画像信号の黒補正を行うようにしても良い。

さらに、黒補正値算出部はヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムと撮影光学系の条件によって黒レベルの補正値を取得したり、ヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムとＡＥ測光量によって黒レベルの補正値を取得したり、あるいはヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムと撮影光学系の条件及びＡＥ測光量によって黒レベルの補正値を取得すると良い。

この発明は、撮像素子から入力した輝度信号のヒストグラムの黒レベルがある範囲にあるとき、フレアにより黒浮きが発生すると判断し、この範囲と黒浮きを防止するための黒レベルのシフト量をあらかじめ測定して補正特性として格納しておき、この補正特性で撮像素子から入力した画像信号の黒レベルを補正することにより、撮像した画像に黒浮きが生じることを防いで、良質な画像を得ることができる。

また、撮影直前のモニタリング駆動において作成した輝度信号のヒストグラムに基づき黒レベルの補正値を取得し、続いて行われる静止画駆動において入力した画像信号の黒補正を行うことにより、簡単な処理で黒浮きがない良質な画像を得ることができる。

さらに、第１の静止画駆動において入力した輝度信号のヒストグラムに基づき黒レベルの補正値を取得し、第２の静止画駆動において入力した画像信号の黒補正を行うから、撮像ししのスミアによる影響を抑制して良質な画像を得ることができる。

また、輝度信号のヒストグラムで黒レベルの補正値を取得するとともに、撮影光学系やＡＥ測光量によって黒レベルの補正値を取得することにより、撮影光学系個々のレンズのばらつきや被写体の状況に応じて黒補正することができ、撮像した画像に黒浮きが生じることを防いで、良質な画像を得ることができる。

図１はこの発明の撮像装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、撮像装置１は、撮影光学系２と撮像素子であるＣＣＤ３と画像信号処理部４と撮影光学系駆動部５と撮像素子駆動部６と駆動制御部７と画像データ記録部８及び電源部９等を有する。撮影光学系２はバリア・絞り・シャッタ部２１とレンズユニット２０を有する。

画像信号処理部４はＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１とヒストグラム作成部４２及び画像処理部４３を有する。ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１は、ＣＣＤ３から出力した信号の画像ノイズ除去用の相関二重サンプリングを行うＣＤＳ４１１と、ＣＤＳ４１１から出力した信号の利得調整を行うＡＧＣ４１２と、ＡＧＣ４１２から出力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部４１３と、Ａ／Ｄ変換部４１３から出力されるデジタル信号の黒レベルのオフセットをする黒レベルオフセット部４１４を有する。ヒストグラム作成部４２は、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１でデジタル信号に変換された輝度信号の累積度数分布（ヒストグラム）を作成して画像処理部４３に送る。画像処理部４３は、制御部４３１と、画像信号の黒レベルを補正する黒レベル補正部４３２と、輝度信号と色差信号の分離を行うＹ／Ｃ分離部４３３と、ガンマ変換部４３４を有し、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１から出力した画像信号を処理し、処理した画像信号を駆動制御部７と画像信号記録部８とビデオジャック１０に送るとともに、画像表示部１１に画像を表示し、マイク１２やスピーカ１３との音声入出力を行う音声回路１４と音声情報を授受する。また、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１やタイミングジェネレータ６１を制御する。制御部４３１には黒補正値算出部４３５を有する。

撮影光学系駆動部５はバリア・絞り・シャッタ部２１レンズユニット２０を駆動する絞りモータ５１やシャッタモータ５２及びズーム駆動モータ５３等と、各モータ５１〜５３を駆動するモータドライバ５４を有する。撮像素子駆動部６は、ＣＣＤ３とＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１の駆動パルスを発生するタイミングジェネレータ６１と、ＣＣＤ３に垂直転送パルスを送る垂直ドライバ６２を有する。

駆動制御部７は、アドレス／データバス７１を介して画像処理部４２に接続されたＳＵＢ−ＣＰＵ７２とプログラム用メモリ７３と画像データバッファメモリ７４及び通信系７５を有する。ＳＵＢ−ＣＰＵ７２は、操作系スイッチ１４からの信号をユーザ操作情報として画像処理部４２に出力するとともに、ユーザ操作情報と画像処理部４２からの画像信号により、モータドライバ５４やストロボユニット１５の駆動を制御する。画像データ記録部８は、撮像して処理した画像信号による画像を示す画像データを記憶する。電源部９にはＤＣジャック９１と電池９２が接続され、画像信号処理部４や駆動制御部７及び各駆動部に電力を供給する。

この撮像装置１で被写体の画像を撮影してフレア補正した画像を記録するときの処理を図２のフローチャートを参照して説明する。

操作系スイッチ１４の第１レリーズボタンを押下げて撮影光学系２のレンズユニット２２のオートフォーカス機能を働かせた後、第２レリーズボタンを押下げると撮影光学系２を通して被写体の像がＣＣＤ３に取り込まれ、ＣＣＤ３で画素毎に電気信号に変換されてＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１に送られる。ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１は送られた信号のノイズ成分を除去して増幅し、デジタル信号に変換して画像処理部４３に送る（ステップＳ１）。

一方、ヒストグラム作成部４２はＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１でデジタル信号に変換した輝度信号のヒストグラムを作成して、画像処理部４３の制御部４３１に送りメモリに格納する（ステップＳ２）。輝度信号のヒストグラムが制御部４３１に送られると、黒補正値算出部４３５はメモリに格納したヒストグラムの黒レベルを確認して黒補正値を取得する（ステップＳ３）。この黒補正値算出部４３５には、撮影光学系２等の特性に応じたヒストグラムの黒レベルＹＢに対する黒補正値、例えば図３に示すように、ヒストグラムの黒レベルＹＢがある範囲ｙ１からｙ２の間でＤ（ＹＢ）と変化する黒補正値Ｄの補正特性が格納されている。すなわち撮影光学系２等の特性により、黒レベルＹＢがｙ１からｙ２の範囲にあるとき、フレアにより黒浮きが発生すると判断し、このｙ１からｙ２の範囲と黒浮きを防止するための黒レベルＹＢのシフト量をあらかじめ測定して格納しておく。この黒補正値算出部４３５で黒補正値Ｄを取得するときは、図４のフローチャートに示すように、ヒストグラムの黒レベルＹＢを確認し（ステップＳ１１）、確認した黒レベルＹＢとあらかじめ格納された補正特性とを比較し、確認した黒レベルＹＢが黒レベルｙ１より低レベルか否を確認し（ステップＳ１２）、確認した黒レベルＹＢが黒レベルｙ１より低レベルのときは、補正特性から黒補正値Ｄ＝０を取得する（ステップＳ１３）。また、確認した黒レベルＹＢが黒レベルｙ１より高レベルのときは（ステップＳ１２）、確認した黒レベルＹＢが黒レベルｙ２より低レベルか否を確認し（ステップＳ１４）、確認した黒レベルＹＢが黒レベルｙ２より低レベルのとき、すなわち確認した黒レベルＹＢが黒レベルｙ１と黒レベルｙ２の間にあるときは、補正特性から確認した黒レベルＹＢに対応した黒補正値Ｄ＝Ｄ（ＹＢ）を取得する（ステップＳ１５）。また、確認した黒レベルＹＢが黒レベルｙ２より高レベルのときは、補正特性から黒補正値Ｄ＝０を取得し（ステップＳ１６）、取得した黒補正値Ｄを記憶する（ステップＳ１７）。

この状態でＣＣＤ３は被写体の静止画を取り込む（ステップＳ４）。取り込まれた静止画の画像信号はＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１を介して画像処理部４３に送られ、各種画像処理が行われ、同時に黒補正値算出部４３５で取得した黒補正値Ｄで黒レベルを補正する（ステップＳ５）。この黒レベルを補正した画像信号による画像を画像データ記録部８に記録する（ステップＳ６）。この黒補正値Ｄで黒レベルを補正する処理は、黒レベル補正部４３２の設定を切り換えたり、ガンマ変換部４３４のガンマ特性を切り換えても良いが、ＲＧＢの色バランスをすべての階調において適正に保持するという観点からはガンマ特性を切り換えると良い。なお、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１の黒レベルオフセット４１４のオフセット設定値を切り換えても良い。

このように、ヒストグラムの黒レベルＹＢがある範囲ｙ１からｙ２にあるとき、フレアにより黒浮きが発生すると判断し、このｙ１からｙ２の範囲と黒浮きを防止するための黒レベルＹＢのシフト量をあらかじめ測定して補正特性として格納しておき、この補正特性で入力した画像信号の黒レベルを補正するから、撮像した画像に黒浮きが生じることを防いで、良質な画像を得ることができる。

前記説明では輝度信号のヒストグラムを作成し、作成したヒストグラムの黒レベルＹＢに対して黒浮きが発生する範囲で黒補正した場合について説明したが、ヒストグラムの黒レベルＹＢと撮影光学系２の例えばズーム位置やＦ値の情報を組み合わせたり、ヒストグラムの黒レベルＹＢと被写体の情報、例えばＡＥ（Auto Exposure；自動露出）測光値とを組み合わせたり、または、ヒストグラムの黒レベルＹＢと撮影光学系２の情報及び被写体の情報を組み合わせて黒補正値を設定して黒補正を行うようにしても良い。

例えばヒストグラムの黒レベルＹＢと撮影光学系２の情報及び被写体の情報を組み合わせて黒補正値を設定して黒補正をする場合について説明する。

この場合、黒補正値算出部４３５には、図３に示したヒストグラムの黒レベルＹＢによる黒補正値Ｄの補正特性とともに、撮影光学系２の情報及び被写体の情報による補正特性を格納してある。すなわちフレアはレンズユニット２２とＣＣＤ３がある特定の位置関係にあるときに不要な散乱や反射光によって発生するから、この特定の位置で黒レベルを補正するため、例えば図５（ａ）に示すように、ズーム駆動モータ５３を駆動するモータの駆動パルス数で定まるズーム位置Ｚｐに応じた黒レベルの補正係数Ａと、図５（ｂ）に示すように、Ｆ値に応じた黒レベルの補正係数Ｂの各補正特性を格納してある。また、フレアは被写体の明るさに応じて発生し、暗い被写体では発生しにくいので、図５（ｃ）に示すように、ＡＥ測光量Ｂｖに応じた黒レベルの補正係数Ｃの補正特性があらかじめ格納してある。

そして図６のフローチャートに示すように、被写体の像が撮影光学系２を通してＣＣＤ３に取り込まれると（ステップＳ２１）、ヒストグラム作成部４２はＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部４１でデジタル信号に変換した輝度信号のヒストグラムを作成して、画像処理部４３の制御部４３１に送りメモリに格納する（ステップＳ２２）。輝度信号のヒストグラムが制御部４３１に送られると、黒補正値算出部４３５はメモリに格納したヒストグラムの黒レベルを確認して黒補正値Ｄを取得する（ステップＳ２３）。

次に、黒補正値算出部４３５は、ＳＵＢ−ＣＰＵ７２から送られるズーム位置Ｚｐを確認し、ズーム位置Ｚｐに応じた黒レベルの補正係数Ａを取得する（ステップＳ２４）。このズーム位置Ｚｐに応じた黒レベルの補正係数Ａを取得するときは、図７のフローチャートに示すように、ズーム位置Ｚｐを確認し（ステップＳ３１）、確認したズーム位置Ｚｐとあらかじめ格納されたズーム位置に応じた補正特性とを比較し、確認したズーム位置Ｚｐがあらかじめ測定したズーム位置Ｚ２より焦点距離が長い望遠系側にあるか否を確認し（ステップＳ３２）、確認したズーム位置Ｚｐがズーム位置Ｚ２より望遠系側にあるときは黒補正係数Ａ＝０を取得する（ステップＳ３３）。また、確認したズーム位置Ｚｐがズーム位置Ｚ２より焦点距離が短い広角系側にあるときは、確認したズーム位置Ｚｐがズーム位置Ｚ１より望遠系側にあるかどうかを確認し（ステップＳ３４）、確認したズーム位置Ｚｐがズーム位置Ｚ１より望遠系側にあるとき、すなわちズーム位置Ｚｐがズーム位置Ｚ１とズーム位置Ｚ２の間にあるときは、ズーム位置Ｚｐに対応した黒補正係数Ａ＝Ａ（Ｚｐ）を取得する（ステップＳ３５）。また、確認したズーム位置Ｚｐがズーム位置Ｚ１より広角系側にあるときは、黒補正係数Ａ＝１を取得し（ステップＳ３６）、取得した黒補正係数Ａを記憶する（ステップＳ３７）。

次に、黒補正値算出部４３５は、ＳＵＢ−ＣＰＵ７２から送られるＦ値を確認し、Ｆ値に応じた黒レベルの補正係数Ｂを取得する（ステップＳ２５）。このＦ値に応じた黒レベルの補正係数Ｂを取得するときは、図８のフローチャートに示すように、Ｆ値を確認し（ステップＳ４１）、確認したＦ値とあらかじめ格納されたＦ値に応じた補正特性とを比較し、確認したＦ値があらかじめ測定したＦ１より大きいときは黒補正係数Ｂ＝０を取得し（ステップＳ４３）、確認したＦ値がＦ１より小さいときは黒補正係数Ｂ＝１を取得し（ステップＳ４４）、取得した黒補正係数Ａを記憶する（ステップＳ３７）。

その後、黒補正値算出部４３５は、ＡＥ測光量Ｂｖを確認し、ＡＥ測光量Ｂｖに応じた黒レベルの補正係数Ｃを取得する（ステップＳ２７）。このＡＥ測光量Ｂｖに応じた黒レベルの補正係数Ｃを取得するときは、図９のフローチャートに示すように、ＡＥ測光量Ｂｖを確認し（ステップＳ５１）、確認したＡＥ測光量Ｂｖとあらかじめ格納されたＡＥ測光量に応じた補正特性とを比較し、ＡＥ測光量Ｂｖがあらかじめ測定したＡＥ測光量ｂ１より暗いか否を確認し（ステップＳ５２）、確認したＡＥ測光量ＢｖがＡＥ測光量ｂ１より暗いときは黒補正係数Ｃ＝０を取得する（ステップＳ５３）。また、確認したＡＥ測光量ＢｖがＡＥ測光量ｂ１より明るいときは、確認したＡＥ測光量ＢｖがＡＥ測光量ｂ２より暗いかどうかを確認し（ステップＳ５４）、確認したＡＥ測光量ＢｖがＡＥ測光量ｂ１より暗いとき、すなわちＡＥ測光量ＢｖがＡＥ測光量ｂ１とＡＥ測光量ｂ２の間にあるときは、ＡＥ測光量Ｂｖに対応した黒補正係数Ｃ＝Ｃ（Ｂｖ）を取得する（ステップＳ５５）。また、確認したＡＥ測光量ＢｖがＡＥ測光量ｂ２より明るいときは、黒補正係数Ｃ＝１を取得し（ステップＳ５６）、取得した黒補正係数Ｃを記憶する（ステップＳ５７）。

そして黒補正値算出部４３５は、記憶した黒補正値Ｄと黒補正係数Ａ，Ｂ，Ｃを乗算して黒レベルの補正値を取得する（ステップＳ２７）。この状態でＣＣＤ３は被写体の静止画を取り込み（ステップＳ２８）、黒補正値算出部４３５は、取り込まれた静止画の画像信号を取得した黒レベルの補正値で補正する（ステップＳ２９）。この黒レベルを補正した画像信号による画像を画像データ記録部８に記録する（ステップＳ３０）。

このようにヒストグラムの黒レベルＹＢと撮影光学系２の情報及び被写体の情報を組み合わせて黒補正値を設定して黒補正することにより、撮影光学系２個々のレンズのばらつきや被写体の状況に応じて黒補正することができ、撮像した画像に黒浮きが生じることを防いで、良質な画像を得ることができる。

前記説明では、１回の静止画駆動で黒レベルの補正値の取得と黒補正を行った場合について説明したが、例えば、薄曇りの空を撮影するような場合、フレアが発生する条件の下ではモニタリング駆動においてＣＣＤのスミアも発生し易いと考えられる。このような条件下で、１回の静止画駆動で黒レベルの補正値の取得と黒補正を行うと、モニタリングでのスミアによる黒浮きとフレアによる黒浮きを区別できず、静止画撮影時に過剰に補正するケースが考えられる。すなわちスミアは一般的に、（モニタリング駆動のスミア量）＞＞（静止画駆動のスミア量）の関係であるためである。この対策として、静止画駆動を２回行い、最初の静止画駆動でスミアの影響を排除してフレアによる黒浮きを検出して黒レベルの補正値を取得し、２回目の静止画駆動で黒補正を実施して画像を記録すると良い。

この発明の撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置の処理を示すフローチャートである。輝度信号のヒストグラムの黒レベルＹＢに対する黒補正値の補正特性図である。輝度信号のヒストグラムによる黒補正値の取得処理を示すフローチャートである。撮影光学系とＡＥ測光量に対する黒補正値の補正特性図である。撮像装置の他の処理を示すフローチャートである。ズーム位置による黒補正値の取得処理を示すフローチャートである。Ｆ値による黒補正値の取得処理を示すフローチャートである。ＡＥ測光量による黒補正値の取得処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１；撮像装置、２；撮影光学系、３；ＣＣＤ、４；画像信号処理部、
５；撮影光学系駆動部、６；撮像素子駆動部、７；駆動制御部、
８；画像データ記録部、９；電源部、４１；ＣＤＳ・Ａ／Ｄ変換部、
４２；ヒストグラム作成部、４３；画像処理部、４３１；制御部、
４３５；黒補正値算出部。

Claims

撮影光学系と撮像素子と画像信号処理部と撮影光学系駆動部と撮像素子駆動部と駆動制御部と画像データ記録部とを有する撮像装置において、
前記画像信号処理部は、ヒストグラム作成部と黒補正値算出部及び画像処理部を有し、前記ヒストグラム作成部は、撮像素子から入力した輝度信号の累積度数分布（ヒストグラム）を作成し、前記黒補正値算出部は、ヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムとあらかじめ撮影光学系等の特性に応じて測定した補正特性と比較して黒レベルの補正値を取得し、前記画像処理部は、撮像素子から入力した画像信号を黒補正値算出部で取得した黒レベルの補正値で黒補正することを特徴とする撮像装置。
前記黒補正値算出部は、撮影直前のモニタリング駆動においてヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムに基づき黒レベルの補正値を取得し、前記画像処理部は、続いて行われる静止画駆動において入力した画像信号の黒補正を行う請求項１記載の撮像装置。
前記黒補正値算出部は、第１の静止画駆動においてヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムに基づき黒レベルの補正値を取得し、前記画像処理部は、第２の静止画駆動において入力した画像信号の黒補正を行う請求項１記載の撮像装置。
前記黒補正値算出部はヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムと撮影光学系の条件によって黒レベルの補正値を取得する請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
前記黒補正値算出部はヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムとＡＥ測光量によって黒レベルの補正値を取得する請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
前記黒補正値算出部はヒストグラム作成部で作成した輝度信号のヒストグラムと撮影光学系の条件及びＡＥ測光量によって黒レベルの補正値を取得する請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。