JP2008092493A - デジタルカメラおよび画像補正プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】フリッカ光源下でフォーカルプレーンシャッタにて露光を行った場合に発生し得る画像への悪影響を除去する。
【解決手段】フリッカの影響を受けない測光センサの出力Ｌ１と、フリッカの影響を受けた画像データ（スリット露光による画像データ）から得た輝度分布Ｌ２とを比較する。両者の輝度差が大きい画素に対しては、輝度を上げる処理を施すことで、輝度ムラを目立たなくすることができる。測光センサは、露出制御用に設けられているものを用いることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、光源のフリッカ（ちらつき）による画像への悪影響を緩和すための措置を講じたデジタルカメラおよび画像補正プログラムに関する。

フォーカルプレーンシャッタを有するデジタルカメラにおいて、蛍光灯などのフリッカ光源下で高速シャッタ秒時を設定して撮影を行うと、画像に輝度ムラや色ムラが生ずることがある。これは、いわゆるスリット露光中に蛍光灯のフリッカによって輝度が変化してしまうことで生ずる。
フリッカによる悪影響を補正する方法として、例えば特許文献１に記載のものがある。

特開２００３−１７９９４９号公報

特許文献１の方法は、フォーカルプレーンシャッタの使用によって発生するフリッカの悪影響を防止するものではない。

本発明に係るデジタルカメラは、露光時間を制御するためのフォーカルプレーンシャッタと、撮影レンズおよび前記フォーカルプレーンシャッタを透過した光束を撮像して画像データを生成する撮像手段と、フリッカ光源下でフォーカルプレーンシャッタによりスリット露光を行うことで生ずる画像データへの影響を検出する検出手段とを具備することを特徴とする。
なお、画像データへの影響を検出するには、被写界の状況を検出する第１，第２のセンサの出力を比較することで上記影響を検出するようにしてもよい。その場合、第１のセンサを撮像手段とし、第２のセンサを測光センサとしてもよい。
また、連続して撮像手段から出力される第１，第２の画像データを比較することで上記影響を検出するようにしてもよい。第１，第２の画像データの一方をスリット露光によって得られた画像データとし、他方を全開露光によって得られた画像データとしてもよい。
さらに、検出手段の検出結果に基づいて画像データを補正する補正手段を更に備えていてもよい。
また、検出手段の検出結果を画像データに対応づけて保存するようにしてもよい。
本発明に係る画像補正プログラムは、画像データに対応づけられて保存されている光源のフリッカによる影響を示す情報を読み取る手順と、読み取った情報に基づいて画像データを補正する手順とをコンピュータに実行させる。

本発明によれば、フリッカ光源下でフォーカルプレーンシャッタにて露光を行った場合に発生し得る画像への悪影響を除去できる。

−第１の実施形態−
図１〜図７により本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は本実施形態におけるデジタルカメラの構造を示し、１０はカメラ本体、２０は撮影レンズ鏡筒である。レンズ鏡筒２０は、撮影レンズ２１と絞り２２とを有し、これらを順に通過した被写体光束は、カメラ本体１０のメインミラー１１で反射されてファインダ光学系に導かれる。ファインダ光学系は、フォーカシングスクリーン１２Ａ、コンデンサレンズ１２Ｂ、ペンタプリズム１２Ｃ、接眼レンズ１２Ｄを有し、メインミラー１１の反射光がこれらを順に介して観察される。

ペンタプリズム１２Ｃに入射した一部の光束は、測光用プリズム１３および測光用レンズ１４を介して測光センサ１５に入射する。測光センサ１５は、後述するように被写界を複数領域に分割して測光する多分割測光センサであり、その出力により被写界の輝度分布を検知できる。測光センサ１５の出力は、露出値の決定に用いられるとともに、後述するフリッカ対策にも用いられる。

１６は環境光センサであり、照明光の色等を直接（レンズ２１を通さずに）測定する。この環境光センサ１６の出力に基づいてホワイトバランスの自動調整がなされる。

撮影が指示されると、メインミラー１１が跳ね上げられ、被写体光束はフォーカルプレーンシャッタ１７を通過して撮像センサ１８に導かれる。本実施形態では、いわゆる電子シャッタではなく、メカシャッタ１７によりシャッタ秒時（露光時間）を制御する。

図２は上記カメラの制御ブロック図である。上記撮像センサ１８は、入射した光束を光電変換して撮像信号を出力する。撮像信号は、Ａ／Ｄ変換部３１でデジタル信号に変換された後、画像処理部３２で種々の画像処理が施されて画像データが生成される。画像データは、いったんバッファメモリ３３に格納された後、外部メモリ３４（画像記録媒体）に画像ファイルとして記録される。

測光部３５は測光センサ１５を含み、被写体の輝度分布を示す輝度信号をシステム制御部（以下、ＭＣＵ３８）に入力する。光源判定部３６は環境光センサ１６を含み、ホワイトバランス調整のために色温度に関する情報をＭＣＵ３８に入力する。光源設定部３７は、撮影者の操作に従ってホワイトバランスをマニュアル設定する。

ＭＣＵ３８は、各入力値や操作状況に基づき、露出制御部３９を介して撮像センサ１８やシャッタ１７を制御したり、他の回路を制御する。

次に、光源のフリッカによる悪影響とその対策について説明する。
図３は蛍光灯下での撮影状況の一例を示すタイムチャートであり、（ａ）は蛍光灯のフリッカによる輝度変動を、（ｂ）はシャッタ１７のオン・オフを、（ｃ）はシャッタ幕の状態を示している、

縦走り式のフォーカルプレーンシャッタ１７は、先幕を縦方向に開くことで露光を開始し、後幕を同方向に閉じることで露光を終了する。シャッタ秒時が比較的低速の場合は、先幕が開き切ってから後幕を閉じ始める全開露光が可能であるが、高速シャッタ秒時の場合は、図３（ｃ）のように先幕が開き切る前に後幕走行を開始しなければ間に合わない。この場合は、スリット状のシャッタ開口が縦方向に移動しながら露光を行う、いわゆるスリット露光となる。

蛍光灯のようなフリッカ光源下で撮影を行った場合、全開露光では殆ど問題はないが、スリット露光では、スリットの位置によって被写体の輝度が異なるため、撮像された画像には輝度ムラや色ムラが発生する。特に図３のシャッタタイミングでは、スリット露光中にたまたま輝度の谷間があるため、その谷間近辺に相当する箇所は、図４に示すように帯状の暗部Ａとなって画像に顕れる。暗部Ａは、上下方向の中心部が最も暗く、上下に至るにしたがって徐々に明るくなり、ある程度以上離れると目立たなくなる。

暗部Ａの位置は、フリッカ周期に対するシャッタタイミングで異なり、スリット露光中に輝度の谷間が存在しない場合は、殆ど目立たないこともある。また暗部Ａの上下幅は、シャッタ秒時やシャッタ幕速度（幕の走行速度）で変わり、シャッタ秒時が速いほど、また幕速度が遅いほど上下幅は狭くなる。暗部Ａの上下幅が狭いほど周囲との輝度差が大きく目立つ。

本実施形態のカメラは、測光センサ１５の出力を用いて画像データの輝度ムラの状況を検出することができる。その検出情報に基づいて画像データに画像処理を施すことで、輝度ムラを補正し、上述したような暗部Ａを目立たなくすることができる。以下、その詳細を説明する。

測光センサ１５は、図５（ｃ）に示すように撮影画面をマトリクス状に分割し、複数の分割領域の輝度を独立に測定する。Ｂは測光センサ１５の有効画素領域を示している。図５（ａ）のＬ１は、撮影画面中央における縦方向の画素列の測光出力を示している。フリッカ光源下では、測光タイミングによって輝度差は生ずるものの、複数の分割領域の測光出力はほぼ同時に得られるため、１回の測光において輝度ムラは生じない。

一方、図５（ｄ）は測光直後に撮像された画像を示し、図５（ｂ）のＬ２は、その画像データから得た中央縦方向の画素列の輝度分布を示している。この画像はスリット露光によるもので、フリッカによる輝度ムラが生じている。なお、撮像センサ１８は測光センサ１５と比べて高画素なので、実際のラインＬ２はより細かい段差が生じているが、図では所定値未満の段差を直線で示している。

上記Ｌ１，Ｌ２を同一レベルで比較するため、双方に係数α，βをそれぞれ乗じてＬ１’，Ｌ２’とし、これら重ね合わせると図６のようになる。Ｌ１’，Ｌ２’を画像データの画素ごとに比較し、その輝度差が予め決められた許容値を超える画素、詳しくはＬ２’がＬ１’よりも所定値以上低い画素を、輝度補正対象画素として検出する。この検出を画像データの横方向の全画素列に対して行うことで、１画像データに対する補正対象画素が判明し、またそれぞれの画素に対する輝度補正量（上記輝度差に相当）が判明する。

なお、１画素列に対して検出を行うことで、補正すべき暗部Ａの上下位置および上下幅が判明するので、他の画素列に対してはその部分に対してのみ輝度比較を行えばよく、これにより処理時間の短縮化が図れる。あるいは、輝度差の最大値を中心として上下所定数の画素範囲を検出対象としてもよい。検出対象とすべき画素範囲は暗部Ａの上下幅によって変わるため、シャッタ秒時やシャッタ幕速度に基づいて決定してもよい。

補正対象画素に対し、上記輝度差に相当する分だけ輝度値を上げる補正を施すことで、輝度ムラが補正でき、暗部Ａを目立たなくすることができる。

上記輝度ムラの検出結果に基づく補正処理は、これをカメラで行ってもよいし、カメラ以外の機器で行ってもよい。カメラで行う場合は、カメラの画像処理部３２において補正を行い、補正後の画像データを外部メモリ３４に記録するようにする。補正前後の画像データをそれぞれ記録するようにしてもよい。

一方、カメラ以外の機器で補正する場合は、カメラは検出した輝度ムラの情報（輝度差が許容値を超える画素と輝度差）を、その画像データと対応づけて記録する。例えば、画像ファイルに含まれるＥｘｉｆ情報などの付加情報に輝度ムラ情報を書き込むようにすればよい。画像ファイルがコンピュータなどの外部機器に取り込まれた後、外部機器に組み込まれたソフトウェアが付加情報中の輝度ムラ情報を読み取り、それに基づいて当該画像データに補正処理を施す。

ところで、上記のようなフリッカ対策、つまり輝度ムラの検出や画像補正は、必要時にのみ行うようにすることが望ましい。例えば、撮影者によってフリッカ対策モードが設定されているときにのみフリッカ対策を行うようにする。また、光源がフリッカ光源以外の場合はフリッカ対策は行わないようにする。フリッカ光源か否かは、環境光センサ１６の出力から判断してもよいし、マニュアルのホワイトバランス設定の場合はその設定内容で判断してもよい。マニュアルのホワイトバランス設定は、「晴天」、「曇天」、「蛍光灯」、「閃光発光」などから撮影者がいずれかを選択するが、このうち「蛍光灯」が選択されているときにのみフリッカ対策を行うようにすればよい。

さらに、フリッカ光源下であっても、シャッタ秒時が所定値よりも遅い場合は輝度ムラは殆ど発生しないので、フリッカ対策は行わないようにする。例えば、全開露光が実現可能な最速のシャッタ秒時（フラッシュ同調秒時に相当）よりも速いシャッタ秒時のときに限ってフリッカ対策を行うようにすればよい。

図７は上記の制御をソフト的に実現するための処理手順の一例を示している。
レリーズ操作がなされるとＭＣＵ３８がこのプログラムを起動し、まずステップＳ１で測光センサ１５の出力を読み取る。ステップＳ２では、測光センサ１５の出力に基づく露出値（絞り値，シャッタ秒時および感度ゲイン）にて撮像を行う。ステップＳ３では、撮像によって得られた画像データに対し、種々の画像処理を施して画像データを生成し、ステップＳ４で画像データをバッファメモリ３３に一時記憶する。

ステップＳ５では、フリッカ対策モードが設定されてるか否かを判定し、否定されるとステップＳ１１で、画像データと付加情報とを組み合わせて画像ファイルを生成し、これを外部メモリ３４に記録して処理を終了する。付加情報に上記輝度ムラの情報は含まれない。

一方、フリッカ対策モードと判定された場合は、ステップＳ６でフリッカ光源か否かを判定する。その判定方法は上述した通りである。フリッカ光源でないと判定されるとステップＳ１１に進み、フリッカ光源と判定されるとステップＳ７に進む。ステップＳ７では、シャッタ秒時が所定値（例えば、フラッシュ同調秒時）よりも高速か否かを判定し、否定されるとステップＳ１１に進む。

シャッタ秒時が所定値よりも高速の場合はステップＳ８に進み、図５，図６で説明したように、ステップＳ１での測光結果から得た輝度分布と画像データから得た輝度分布とを比較する。ステップＳ９では比較結果により、上述した輝度ムラの情報を抽出する。ステップＳ１０では、画像データと、輝度ムラの情報を含む付加情報とを組み合わせて画像ファイルを生成し、これを外部メモリ３４に記録して処理を終了する。

−第２の実施形態−
以上では、測光センサの出力と画像データの輝度値とを比較して輝度ムラの情報を得たが、２つの画像データを比較して輝度ムラや色ムラの情報を得ることも可能である。

図８は本実施形態における処理手順の一例を示し、図７と同様のステップには同一のステップ番号を付してある。
レリーズ操作がなされるとこのプログラムが起動され、上述したステップＳ１〜Ｓ７の処理を行う。ステップＳ７でシャッタ秒時が所定値を超えると判定されると、全開露光にて再度撮像を行うべく、ステップＳ５１で所定値かそれよりも低速のシャッタ秒時を設定する。ステップＳ５２では、シャッタ秒時を低速にした分だけ感度ゲインを下げ、適正露出が得られるようにする。

ステップＳ５３では再度の撮像を行い、ステップＳ５４で画像処理を施した後、ステップＳ５５で画像データをバッファメモリに一時記憶する。ステップＳ５０では、ステップＳ４で一時記憶した１回目の画像データと、ステップＳ５５で一時記憶した２回目の画像データとを比較し、その比較結果に基づいてステップＳ５７で輝度ムラや色ムラに関する情報を得る。すなわち、２回目の画像データは、全開露光によって得られたデータであるから輝度ムラや色ムラは発生していない。したがって、両画像データの輝度分布および色分布をそれぞれ抽出して比較することにより、先の実施形態と同様の手法で１回目の画像データに対する輝度ムラおよび色ムラを検出できる。

ステップＳ５８では、１回目の画像データと、検出した輝度ムラの情報および色ムラの情報（色差が許容値を超える画素と色差）を含む付加情報とを組み合わせて画像ファイルを生成し、これを外部メモリ３４に記録して処理を終了する。

なお、図８では２回目の撮像を全開露光で行ったが、２回目の撮像も１回目と同様のシャッタ秒時で（スリット露光で）行ってもよい。この場合は、１回目と２回目の撮影間隔を調整し、補正すべき暗部Ａの位置が両画像で異なるようにする。こうすることで、上述と同様に両画像データの比較により、補正すべき画素および輝度差が検出できる。撮影間隔の調整は、フリッカ周期に基づいて行えばよい。フリッカ周期は電源周波数の２倍に相当し、電源周波数が５０Ｈｚ，６０Ｈｚのときにそれぞれ１００Ｈｚ，１２０Ｈｚとなる。例えば、電源周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを撮影者が入力できるようにすればよい。

実施形態におけるデジタルカメラの構成図。 上記デジタルカメラの制御ブロック図。 フリッカによる輝度変動とシャッタの状態（スリット露光）とを合わせて示すタイムチャート。 フリッカ光源下でのスリット露光がもたらす輝度ムラを示す図。 測光センサの出力を用いて輝度ムラを補正する方法を説明する図。 測光センサによる輝度分布と画像データから得た輝度分布とを重ね合わせて示す図。 第１の実施形態におけるカメラの処理手順を示すフローチャート。 第２の実施形態におけるカメラの処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１５ 測光センサ
１７ フォーカルプレーンシャッタ
１８ 撮像センサ
２１ 撮影レンズ
３２ 画像処理部
３５ 測光部
３８ システム制御部（ＭＣＵ）

Claims (8)

1. 露光時間を制御するためのフォーカルプレーンシャッタと、
   撮影レンズおよび前記フォーカルプレーンシャッタを透過した光束を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
   フリッカ光源下で前記フォーカルプレーンシャッタによりスリット露光を行うことで生ずる前記画像データへの影響を検出する検出手段とを具備することを特徴とするデジタルカメラ。
2. 前記検出手段は、被写界の状況を検出する第１，第２のセンサの出力を比較することで前記影響を検出することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
3. 前記第１のセンサは前記撮像手段であり、前記第２のセンサは被写界の輝度分布を検出する測光センサであることを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ。
4. 前記検出手段は、連続して前記撮像手段から出力される第１，第２の画像データを比較することで前記影響を検出することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
5. 前記第１，第２の画像データの一方はスリット露光によって得られた画像データであり、他方は全開露光によって得られた画像データであることを特徴とする請求項４に記載のデジタルカメラ。
6. 前記検出手段の検出結果に基づいて前記画像データを補正する補正手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のデジタルカメラ。
7. 前記検出手段の検出結果を前記画像データに対応づけて保存することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のデジタルカメラ。
8. 画像データに対応づけられて保存されている光源のフリッカによる影響を示す情報を読み取る手順と、
   前記読み取った情報に基づいて前記画像データを補正する手順とをコンピュータに実行させるための画像補正プログラム。

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