JP2007028496A - 画像処理装置、画像処理方法、プログラムおよび記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学レンズによるシェーディング補正を行うときに、撮影時のＩＳＯ感度が高いときやシャッタ秒時が長いときにゲインアップによるノイズの発生を抑えることを可能にする。
【解決手段】 撮像光学系１０を通じて撮像素子２０から取り出された映像信号がＡ／Ｄ変換回路３０でデジタル変換され、また、システム制御回路５０は、ズーム位置・絞り値・フォーカス位置に対応した基準補正データと、撮影設定条件に応じたゲインアップ量の上限値をシェーディング補正データ記憶回路４０から読み出し、それらのデータをもとにシェーディング補正データを算出し、算出されたシェーディング補正データは、シェーディング補正回路６０に送られてシェーディング補正が行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像画像をシェーディング補正する画像処理装置、画像処理方法、プログラムおよび記憶媒体に関する。

デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像光学系を有し、ＣＣＤ・ＣＭＯＳ等の固体撮像素子で撮像した静止画像や動画像をメモリカード等の記録媒体に記録する画像処理装置において、光学系のレンズを通して撮影した画像では、光軸から遠ざかるにつれて次第に明るさが低下することが知られている。これはシェーディングと呼ばれ、コサイン４乗則や口径食等により必然的に生じる。このシェーディングによって撮影画像の明るさは光軸位置を中心として周辺に向かって同心円状に低下する。また、シェーディングの影響はズーム位置・絞り値・フォーカス位置などによって異なる。

このようなシェーディングの影響を改善し、高品位な画像を撮影するために、予め記憶手段に記憶しておいた各画素ごとのゲインアップ量であるシェーディング補正データと、固体撮像素子を露光した状態で電荷蓄積を行った後に読み出した撮影画像データとを用いて演算処理するというシェーディング補正処理が行われる。

このとき、シェーディングの影響はズーム位置、絞り値、フォーカス位置などの撮影設定条件によって変わるため、撮影設定条件に応じてそれに最適なシェーディング補正データを選択することによって、いかなる撮影設定条件においてもシェーディングを適切に補正し、高品位な画像を撮影することができる。このようなシェーディング補正処理を行っている従来例としては、特許文献１などがある。
特開２０００−０４１１７９号公報

しかしながら、上記従来技術においては次のような問題があった。即ち、特許文献１のような従来の電子カメラ等の画像処理装置においては、撮影設定条件に対応したシェーディング補正データを予め記憶手段に記憶しておき、撮影時に撮影設定条件に対応したシェーディング補正データを記憶手段から読み出して、シェーディング補正データと撮影画像データとを用いて演算処理を行うことで、いかなる撮影設定条件においても適切なシェーディング補正が可能となる。

しかしながら、上記従来の電子カメラ等の画像処理装置においては、ＩＳＯ感度やシャッタ秒時などの撮影設定条件は考慮されていなかった。例えば、高ＩＳＯ感度での撮影時には、カメラ内で信号処理を行う際により大きなゲイン補正処理を行っている。このゲイン補正処理は画像データのレベルを増幅するとともにノイズも増幅してしまうため、ＩＳＯ感度が高いときにはノイズによる画像劣化が起こりやすい。また、撮像素子で発生する暗電流ノイズは電荷蓄積時間に従って増大するので、シャッタ秒時の長いときにはノイズによる画像劣化が起こりやすい。

このようにＩＳＯ感度やシャッタ秒時などを考慮に入れず、ＩＳＯ感度が高いときやシャッタ秒時の長いときなどのノイズが多く発生している状態でシェーディング補正を行ってさらに輝度のゲインアップを行うと、ノイズがさらに増幅されてしまい、画像劣化がより顕著になってしまうという問題があった。

このような従来技術の問題点を解消するために本発明では、撮影時のＩＳＯ感度やシャッタ秒時に応じてノイズが目立たないようなゲインアップ量の上限値を予め設定し、その上限値を超えない補正値を用いてシェーディング補正を行うことにより、ＩＳＯ感度が高いときやシャッタ秒時の長いときにシェーディング補正を行うことによってノイズによる画像の劣化が大きくなるという問題を解決することを可能とした画像処理装置、画像処理方法、プログラムおよび記憶媒体を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の画像処理装置は、被写体像を結像する光学系と、前記光学系により結像された被写体像を電気信号へ変換する撮像素子とからなる撮像手段により得られた撮影画像を処理するための画像処理装置であって、ズーム位置・絞り値・フォーカス位置のいずれか一つもしくは複数の条件に対応したシェーディング補正データを記憶した記憶手段と、撮影設定条件に応じたゲインアップ量の上限値を記憶した記憶手段と、前記シェーディング補正データとゲインアップ量の上限値から撮影設定条件に応じたシェーディング補正データを算出する演算手段とを備え、前記算出されたシェーディング補正データに基づいて撮影画像データに対するシェーディング補正を行う画像補正手段を有することを特徴とする。

本発明の画像処理方法は、被写体像を結像する光学系と、前記光学系により結像された被写体像を電気信号へ変換する撮像素子とからなる撮像手段により得られた撮影画像を処理するための画像処理方法であって、ズーム位置・絞り値・フォーカス位置のいずれか一つもしくは複数の条件に対応したシェーディング補正データを記憶した記憶手順と、撮影設定条件に応じたゲインアップ量の上限値を記憶した記憶手順と、前記シェーディング補正データとゲインアップ量の上限値から撮影設定条件に応じたシェーディング補正データを算出する演算手順とを備え、前記算出されたシェーディング補正データに基づいて撮影画像データに対するシェーディング補正を行う画像補正手順を有することを特徴とする。

本発明のプログラムは、被写体像を結像する光学系と、前記光学系により結像された被写体像を電気信号へ変換する撮像素子とからなる撮像手段により得られた撮影画像を処理するためのプログラムであって、ズーム位置・絞り値・フォーカス位置のいずれか一つもしくは複数の条件に対応したシェーディング補正データを記憶した記憶処理と、撮影設定条件に応じたゲインアップ量の上限値を記憶した記憶処理と、前記シェーディング補正データとゲインアップ量の上限値から撮影設定条件に応じたシェーディング補正データを算出する演算処理とを備え、前記算出されたシェーディング補正データに基づいて撮影画像データに対するシェーディング補正を行う画像補正処理を実行させることを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、前記プログラムを格納した点に特徴を有する。

光学レンズによるシェーディング補正を行うときに、撮影時のＩＳＯ感度が高いときやシャッタ秒時が長いときにゲインアップによるノイズの発生を抑えることを可能にする。

以下、図面を参照して本発明の画像処理装置、画像処理方法、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態の画像処理装置が内蔵された電子カメラ等の撮像装置の構成を示すブロック図である。

１０は被写体像を結像する撮像光学系であり、撮影倍率の変倍を司るフォーカスレンズ、光量を調節する絞り、シャッタ等から構成されている。２０はＣＣＤに代表される撮像素子であり、光学系１０による光学像を電気信号に変換する。３０はＡ／Ｄ変換回路であり、撮像素子２０のアナログ信号出力をデジタル信号に変換する。

４０はシェーディング補正データ記憶回路であり、撮影時のズーム位置、絞り値、フォーカス位置の組み合わせに対応した基準補正データと、撮影時のＩＳＯ感度やシャッタ秒時の組み合わせに対応したゲインアップ量の上限値が記憶されている。このゲインアップ量の上限値は、シェーディング補正によるゲインアップ量が大きくなるに従って目立ってくるノイズを許容できる範囲内に収えるような値として予め設定されている。さらに、前記基準補正データとゲインアップ量の上限値から最終的なシェーディング補正データを生成するための計算式と係数も記憶されている。

システム制御回路５０は撮影時のズーム位置、絞り値、フォーカス位置の組み合わせに対応した基準補正データと、撮影時のＩＳＯ感度やシャッタ秒時の組み合わせに対応したゲインアップ量の上限値をシェーディング補正データ記憶回路４０から読み出す。さらに前記基準補正データとゲインアップ量の上限値から最終的なシェーディング補正データを生成するための計算式と係数もシェーディング補正データ記憶回路４０から読み出し、それら読み出されたデータをもとにシェーディング補正データを算出する。

図３は算出されたシェーディング補正曲線を示すグラフである。

ＩＳＯ感度が低く、シャッタ秒時が短いときには、ノイズがあまり目立たないためにゲインアップ量の上限値は大きくなるような補正データとなり、ＩＳＯ感度が高く、シャッタ秒時が長いときにはノイズが目立つためにゲインアップ量の上限値は小さくなるような補正データとなる。

ここで、基準補正データは、各ズーム位置、絞り、フォーカス位置におけるレンズ設計値が既知であるため、それから求めることができるが、製造上の誤差等を考慮してより正確に基準補正データを求めるために次に示すような方法を用いてもよい。

輝度がほぼ一定の基準被写体を用意し、撮像レンズを用いてその基準被写体の像が撮像素子の受光面上に結像するようにして基準被写体を撮影する。一定輝度の基準被写体を撮影したのであるから、輝度データが低下しているとシェーディングに起因するものと考えられ、その低下分を考慮して、基準補正データを決定する。そしてこのようにして決定された基準補正データは、撮像光学系１０によって決定される撮影設定条件に対応して、シェーディング補正データ記憶回路４０に記憶される。さらに撮影設定条件が変えて上述した処理を繰り返す。

このようにして、撮影設定条件に対応した基準補正データがシェーディング補正データ記憶回路４０に記憶されていることにより、電子スチルカメラ等の画像処理装置の撮影設定条件に対応した基準補正データを選択できるようになる。

次に、図２のフローチャートを参照して上記のように構成された撮像装置における処理動作について説明する。

撮像光学系１０により被写体像が撮像素子２０上に結像すると撮像素子２０によって被写体像が電気信号へ変換される（ステップＳ１０１）。そして、撮像素子２０のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル信号へと変換される（ステップＳ１０２）。

次に、システム制御回路５０は撮影時のズーム位置、絞り値、フォーカス位置の組み合わせに対応した基準補正データをシェーディング補正データ記憶回路４０から読み出す（ステップＳ１０３）。さらにシステム制御回路５０は撮影時のＩＳＯ感度やシャッタ秒時の組み合わせに対応したゲインアップ量の上限値をシェーディング補正データ記憶回路４０から読み出す（ステップＳ１０４）。

このようにしてシェーディング補正データ記憶回路４０から読み出された基準補正データとゲインアップ量の上限値をもとに、システム制御回路５０は最終的なシェーディング補正データを算出する（ステップＳ１０５）。算出されたシェーディング補正データは、シェーディング補正回路６０に送られ補正処理が行われる（ステップＳ１０６）。

以上のような処理動作を経てシェーディング補正回路６０において補正処理が行われた映像信号は、信号処理回路７０において補間処理や色変換、圧縮処理等を施された後、メモリカードに記録されたり、モニタ、プリンタ等の出力装置に供給される。

なお、前記実施の形態では、記憶されている基準補正データとゲインアップ量の上限値から最終的なシェーディング補正データを算出するようにしたが、あらかじめ撮影時のズーム位置、絞り値、フォーカス位置、ＩＳＯ感度、シャッタ秒時に対応したシェーディング補正データを補正データ記憶回路４０に記憶しておいてもよい。すなわち、記憶容量に余裕がある場合には、上記したあらゆる撮影条件に対応したシェーディング補正データをシェーディング補正データ記憶回路４０に記憶しておけば、単に撮影条件に対応したシェーディング補正データをシェーディング補正データ記憶回路４０から読みだして補正すればよく、基準補正データとゲインアップ量の上限値から最終的なシェーディング補正データを算出する必要がなくなる。

なお、上述した各実施形態の機能を実現するように各種のデバイスを動作させるように、上記各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、上記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って上記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。

また、この場合、上記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等の共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。

さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。

本発明による画像処理装置の構成の一部を示すブロック図である。 シェーディング補正処理手順を示すフローチャートである。 シェーディング補正曲線を示すグラフである。

符号の説明

１０ 撮像光学系
２０ 撮像素子
３０ Ａ／Ｄ変換回路
４０ シェーディング補正データ記憶回路
５０ システム制御回路
６０ シェーディング補正回路
７０ 信号処理回路

Claims (6)

1. 被写体像を結像する光学系と、前記光学系により結像された被写体像を電気信号へ変換する撮像素子とからなる撮像手段により得られた撮影画像を処理するための画像処理装置であって、ズーム位置・絞り値・フォーカス位置のいずれか一つもしくは複数の条件に対応したシェーディング補正データを記憶した記憶手段と、撮影設定条件に応じたゲインアップ量の上限値を記憶した記憶手段と、前記シェーディング補正データとゲインアップ量の上限値から撮影設定条件に応じたシェーディング補正データを算出する演算手段とを備え、前記算出されたシェーディング補正データに基づいて撮影画像データに対するシェーディング補正を行う画像補正手段を有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記撮影設定条件は、ＩＳＯ感度およびシャッタ秒時を含むことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記ゲインアップ量の上限値は、前記各々の撮影設定条件において、シェーディング補正によるゲインアップ量が大きくなるに従って目立ってくるノイズを許容できる範囲内におさえるような値として設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
4. 被写体像を結像する光学系と、前記光学系により結像された被写体像を電気信号へ変換する撮像素子とからなる撮像手段により得られた撮影画像を処理するための画像処理方法であって、ズーム位置・絞り値・フォーカス位置のいずれか一つもしくは複数の条件に対応したシェーディング補正データを記憶した記憶手順と、撮影設定条件に応じたゲインアップ量の上限値を記憶した記憶手順と、前記シェーディング補正データとゲインアップ量の上限値から撮影設定条件に応じたシェーディング補正データを算出する演算手順とを備え、前記算出されたシェーディング補正データに基づいて撮影画像データに対するシェーディング補正を行う画像補正手順を有することを特徴とする画像処理方法。
5. 被写体像を結像する光学系と、前記光学系により結像された被写体像を電気信号へ変換する撮像素子とからなる撮像手段により得られた撮影画像を処理するためのプログラムであって、ズーム位置・絞り値・フォーカス位置のいずれか一つもしくは複数の条件に対応したシェーディング補正データを記憶した記憶処理と、撮影設定条件に応じたゲインアップ量の上限値を記憶した記憶処理と、前記シェーディング補正データとゲインアップ量の上限値から撮影設定条件に応じたシェーディング補正データを算出する演算処理とを備え、前記算出されたシェーディング補正データに基づいて撮影画像データに対するシェーディング補正を行う画像補正処理を実行させることを特徴とするプログラム。
6. 請求項５に記載のプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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