JP2008258828A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、暗部領域の明度向上を行う画像補正に合わせて、画像データの見栄えを更に高める技術を提供することである。
【解決手段】 本発明の撮像装置は、測光部、露出演算部、撮像部、および画像処理部を備える。測光部は、被写界を測光する。露出演算部は、測光部の測光結果に基づいて、露出条件を設定する。撮像部は、露出条件に従って被写体を撮像し、画像データを生成する。画像処理部は、撮像部で生成された画像データに対し、暗部領域に明度向上を施す画像補正が実施可能である。上記構成において、露出演算部は、画像処理部における画像補正の補正設定に応じて、露出条件を変更する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来の撮像装置では、撮像画像を下式のガンマ変換に従って変換するものが知られている。
Ｙ＝ａＸ＾γ＋ｂ …［１］
ただし、Ｘは撮像画像の画素値、Ｙは変換後の画素値、ａ，ｂは定数、γはガンマ特性を決定するガンマ値、＾はべき乗演算子である。

特許文献１には、このガンマ値の切り換えに従って、撮像装置の露出条件を変更することで、ガンマ変換後の画像の平均的な明るさを一定に保つ技術が開示されている。
特開２００２−８４４５５号公報

ところで、Ｄ−ライティング（登録商標）のように、画像データの暗部領域を選択的に明るくする画像補正の技術が知られている。この種の画像補正は、上述したガンマ変換とは別途に実施される処理である。

本発明の目的は、この暗部領域を明るくする画像補正に合わせて、画像データの見栄えを適応的に高めるための技術を提供することである。

《１》 本発明の撮像装置は、測光部、露出演算部、撮像部、および画像処理部を備える。

測光部は、被写体を測光する。

露出演算部は、測光部の測光結果に基づいて、露出条件を設定する。

撮像部は、露出条件に従って被写体を撮像し、画像データを生成する。

画像処理部は、撮像部で生成された画像データに対し、暗部領域に明度向上を施す画像補正が実施可能である。

上記構成において、露出演算部は、画像処理部における画像補正の補正設定に応じて、露出条件を決定する。
《２》 なお好ましくは、露出演算部は、暗部領域に明度向上を実施する補正設定の場合、明度向上を実施しない補正設定の場合に比べて、露出条件を低く設定する。
《３》 また好ましくは、測光部は、被写体を複数箇所に分けて分割測光する。露出演算部は、暗部領域に明度向上を実施する補正設定の場合、明度向上を実施しない補正設定の場合に比べて、分割測光値の中で明るい箇所の測光値の反映比率を上げて、露出条件を設定する。
《４》 なお好ましくは、露出演算部は、暗部領域の明度向上量が大きい補正設定ほど、露出条件を低く設定する。
《５》 また好ましくは、測光部は、被写体を複数箇所に分けて分割測光する。露出演算部は、暗部領域の明度向上量が大きい補正設定ほど、分割測光値の中で明るい箇所の測光値の反映比率を上げて、露出条件を設定する。

本発明では、暗部領域に明度向上を施す補正設定に対応して、撮影時の露出条件を変更する。その結果、画像補正で明度向上する暗部領域の階調性と、露出条件で主に決定する明部領域の階調性とをバランスさせて、見栄えの良い画像データを得ることが可能になる。

［１］撮像装置１１の構成説明
図１は、撮像装置１１の構成を示すブロック図である。

図１において、撮像装置１１には、撮影レンズ１２が装着される。撮影レンズ１２には、絞り１２ａが設けられる。この撮影レンズ１２の像空間には、シャッタ１３ａおよび撮像素子１３が配置される。この撮像素子１３は、タイミングジェネレータ２２ｂの出力パルスによって動作が制御される。この撮像素子１３で生成される画像データは、信号処理部１５（撮像感度に対応するゲイン調整部を含む）およびＡ／Ｄ変換部１６を介して、バッファメモリ１７に一時記憶される。バッファメモリ１７は、バス１８に接続される。このバス１８には、画像処理部１９、カードインターフェース２０、マイクロプロセッサ２２、圧縮伸張部２３、および画像表示部２４が接続される。カードインターフェース２０は、着脱自在なメモリカード２１に画像データを記録する。また、マイクロプロセッサ２２には、撮像装置１１のスイッチ群２２ａ、タイミングジェネレータ２２ｂ、および測光センサ２２ｃが接続される。さらに、マイクロプロセッサ２２は、絞り１２ａおよびシャッタ１３ａの制御も行う。また、画像表示部２４は、撮像装置１１の背面に設けられたモニタ画面２５に画像などを表示する。
［２］撮像動作の説明
図２は、撮像装置１１の動作を説明する流れ図である。以下、図２に示すステップ番号に沿って、この動作を説明する。
ステップＳ１： マイクロプロセッサ２２は、測光および露出演算を実施し、被写体の露出条件（絞り値，電荷蓄積時間，撮像感度など）を決定する。この動作については後で詳しく説明する。
ステップＳ２： マイクロプロセッサ２２は、スイッチ群２２ａを介して、ユーザーによるシャッタレリーズの押し下げを検出する。

ここで、シャッタレリーズの押し下げを検出しない場合、マイクロプロセッサ２２はステップＳ１に動作を戻す。

一方、シャッタレリーズの押し下げを検出した場合、マイクロプロセッサ２２はステップＳ３に動作を移行する。
ステップＳ３： マイクロプロセッサ２２は、絞り１２ａ、シャッタ１３ａ、タイミングジェネレータ２２ｂなどを駆動し、ステップＳ１で設定された露出条件（絞り値，電荷蓄積時間）に従って撮影を行う。信号処理部１５は、撮像素子１３から読み出される画像データに、撮像感度に見合う撮像ゲインをかけて増幅する。増幅された画像データは、Ａ／Ｄ変換部１６でＡ／Ｄ変換された後、バッファメモリ１７に一時記録される。
ステップＳ４： 画像処理部１９は、バッファメモリ１７内の画像データに対して、階調変換（ガンマ変換）や色空間変換などの通常画像処理を実施する。
ステップＳ５： ユーザーは、スイッチ群２２ａを操作することで、画像データに実施する画像補正を事前に予約設定できる。この画像補正の一つには、Ｄ−ライティングのように、暗部領域に明度向上を施す画像補正が用意される。マイクロプロセッサ２２は、この画像補正の補正設定データを参照して、暗部領域の明度向上を実施するか否かを判断する。

ここで、暗部領域の明度向上を実施しない場合、マイクロプロセッサ２２はステップＳ１２に動作を移行する。

一方、暗部領域の明度向上を実施する場合、マイクロプロセッサ２２はステップＳ６に動作を移行する。
ステップＳ６： 画像処理部１９は、画像データの輝度成分Ｙ（ｘ,ｙ）に下式の平滑化処理を施し、平滑化画像ＹＬ（ｘ,ｙ）を求める。

上式中の（ｘ,ｙ）は処理画素の位置を示す座標値である。(ｉ,ｊ)は平滑化処理に反映する近傍画素の相対座標値である。ｒは、この近傍画素の選択範囲を示す半径値である。Ｌｐｗは、図３に示すような近傍画素の加重比率である。このように求めた平滑化画像ＹＬ（ｘ,ｙ）の画素値からは、画像データの画素位置（ｘ,ｙ）が明暗いずれの領域内に位置するかを知ることができる。
ステップＳ７： マイクロプロセッサ２２は、画像補正の補正設定データを参照して、暗部領域の明度向上を強弱いずれで実施するかを判断する。

ここで、暗部領域の明度向上を弱めに実施する場合、マイクロプロセッサ２２はステップＳ８に動作を移行する。

一方、暗部領域の明度向上を強めに実施する場合、マイクロプロセッサ２２はステップＳ９に動作を移行する。
ステップＳ８： マイクロプロセッサ２２は、図４に示すような２種類のパラメータｆｇから、弱めのパラメータｆｇの方を選択し、画像処理部１９に設定する。

このパラメータｆｇは、画像データの画素位置（ｘ,ｙ）を含む近傍範囲が明るいほど（平滑化画像ＹＬ（ｘ,ｙ）の値が大きいほど）、単調減少して値が１に近づく。逆に、この近傍範囲が暗いほど（平滑化画像ＹＬ（ｘ,ｙ）の値が小さいほど）、パラメータｆｇの値が大きくなる。

このパラメータｆｇの設定後、マイクロプロセッサ２２は、ステップＳ１０に動作を移行する。
ステップＳ９： マイクロプロセッサ２２は、図４に示すような２種類のパラメータｆｇから、強めのパラメータｆｇの方を選択し、画像処理部１９に設定する。

この強めのパラメータｆｇは、ステップＳ８で設定する弱めのパラメータｆｇよりも大きな値を取る。

この強めのパラメータｆｇの設定後、マイクロプロセッサ２２は、ステップＳ１０に動作を移行する。
ステップＳ１０： 画像処理部１９は、設定されたパラメータｆｇに、ステップＳ６で求めた平滑化画像ＹＬ（ｘ,ｙ）の値を代入し、ゲインマップＧＭ（ｘ,ｙ）を求める。
ＧＭ（ｘ,ｙ）＝ｆｇ［ＹＬ（ｘ,ｙ）］ …［２］
ステップＳ１１： 画像処理部１９は、バッファメモリ１７内の画像データの信号成分ＲＧＢに対して、下式のようなゲインマップＧＭ（ｘ,ｙ）による階調補正を施し、階調補正後の画像データＲｃＧｃＢｃを得る。
Ｒｃ（ｘ,ｙ）＝Ｒ（ｘ,ｙ）・ＧＭ（ｘ,ｙ）
Ｇｃ（ｘ,ｙ）＝Ｇ（ｘ,ｙ）・ＧＭ（ｘ,ｙ）
Ｂｃ（ｘ,ｙ）＝Ｂ（ｘ,ｙ）・ＧＭ（ｘ,ｙ）
このような画像補正により、画像データの暗部領域は明るく補正される。
ステップＳ１２： カードインターフェース２０は、画像データをメモリカード２１に圧縮保存する。
［３］測光および露出演算の説明
図５は、上述したステップＳ１の動作（測光および露出演算）を説明する流れ図である。

以下、図５に示すステップ番号に沿って、この動作を説明する。
ステップＳ３１： マイクロプロセッサ２２は、撮像後の画像データに予約設定される画像補正（上記のステップＳ５〜Ｓ１１）について補正設定データを取得する。
ステップＳ３２： 測光センサ２２ｃは、被写界を図６に示す５つの領域に分割して測光する。マイクロプロセッサ２２は、この分割測光の結果として、５つの分割測光値Ｂｖ［１］〜Ｂｖ［５］を取得する。

なお、測光区分については、図６に示す５分割に限定されるものではない。実際には、測光センサ２２ｃの仕様に合わせて測光区分を定めればよい。
ステップＳ３３： マイクロプロセッサ２２は、分割測光値Ｂｖ［１］〜Ｂｖ［５］を下式に代入して、平均測光値Ｂｖ_MEAN、明部測光値Ｂｖ_MAX、中央部測光値Ｂｖｃを求める。
Ｂｖ_MEAN＝（Ｂｖ［１］＋Ｂｖ［２］＋Ｂｖ［３］＋Ｂｖ［４］＋Ｂｖ［５］）／５
Ｂｖ_MAX＝MAX［Ｂｖ［１］，Ｂｖ［２］，Ｂｖ［３］，Ｂｖ［４］，Ｂｖ［５］）
Ｂｖｃ＝Ｂｖ［１］
ステップＳ３４： マイクロプロセッサ２２は、ステップＳ３３で求めた値を、［３］式に代入して、露出制御値Ｂｖ_CNTLを算出する。
Ｂｖ_CNTL＝ｋ１・Ｂｖ_MEAN＋ｋ２・Ｂｖ_MAX＋ｋ３・Ｂｖｃ＋ｋ４ …［３］
なお、［３］式中の反映比率ｋ１〜ｋ３およびオフセット値ｋ４の値は、下記ルールに従うように決定される。
（１）撮像後の画像データに暗部領域の明度向上を実施する場合は、実施しない場合に比べて、オフセット値ｋ４を相対的に大きくする。
（２）撮像後の画像データに暗部領域の明度向上を実施する場合は、実施しない場合に比べて、明部測光値Ｂｖ_MAXの反映比率ｋ２を大きくする。
（３）この暗部領域の明度向上量が大きいほど、オフセット値ｋ４を大きくする。
（４）この暗部領域の明度向上量が大きいほど、明部測光値Ｂｖ_MAXの反映比率ｋ２を大きくする。
（５）ただし、平均測光値Ｂｖ_MEANが低い場合（例えばＢｖ４以下）、平均測光値Ｂｖ_MEANの反映比率ｋ１を引き上げ、明部測光値Ｂｖ_MAXの反映比率ｋ２を引き下げる。さらに、オフセット値ｋ４をゼロとする。

図７は、このルールに従う値ｋ１〜ｋ４の設定テーブルの一例を示す図である。

このような設定テーブルを設計する場合は、様々な撮影シーンにおいて画像補正後の画像データの階調再現が良くなるよう、ルール（１）〜（５）に沿って値ｋ１〜ｋ４を調整すればよい。
ステップＳ３５： マイクロプロセッサ２２は、ステップＳ３４で算出した露出制御値Ｂｖ_CNTLに基づいて公知の露出演算を実施し、露出条件（絞り値、電荷蓄積時間、または撮像感度など）を決定する。上述した動作の後、マイクロプロセッサ２２は、測光および露出演算のルーチンを終了し、メインルーチン（図２）のステップＳ２に動作を戻す。
［４］本実施形態の効果など
本実施形態では、撮像後の画像データに暗部領域の明度向上を施す場合、撮影時の露出条件を適応的に変更する。その結果、明度向上による暗部領域の階調再現と、露出条件による明部領域の階調再現とをバランスさせて、階調再現性の良好な画像データを得ることが可能になる。

特に、本実施形態では、撮像後に暗部領域の明度向上を実施しない場合、露出制御値Ｂｖ_CNTLのオフセット値ｋ４を下げる。この場合、露出制御値Ｂｖ_CNTL自体が下がり、撮影時の露出条件が相補的に高くなる。その結果、画像データを全体的に明るく撮影することになり、暗部領域の階調不足を補うことができる。

逆に、暗部領域の明度向上を実施する場合には、露出制御値Ｂｖ_CNTLのオフセット値ｋ４が大きくなる。この場合、露出制御値Ｂｖ_CNTL自体が上がり、撮影時の露出条件が相補的に低くなる。その結果、画像補正によって暗部領域を明度向上しつつ、低めの露出条件によって明部領域の階調不足（白飛びなど）を改善することができる。

さらに、本実施形態では、暗部領域の明度向上を実施しない場合、明部測光値Ｂｖ_MAXの反映比率ｋ２を小さくする。この場合、暗部領域を相対的に重視して露出条件が決定される。その結果、画像データの暗部領域が明るく撮影され、暗部領域の階調不足を補うことができる。

逆に、暗部領域の明度向上を実施する場合には、明部測光値Ｂｖ_MAXの反映比率ｋ２が大きくなる。この場合、明部領域を重視して露出条件が決定される。その結果、画像補正によって暗部領域を明度向上しつつ、明部領域を重視した露出条件によって明部領域の階調不足（白飛びなど）が改善する。

また、本実施形態では、暗部領域の明度向上量が大きくなるに従って、オフセット値ｋ４を変更して露出条件を低くする。その結果、暗部領域を強めに明度向上するほど、露出条件が低くなり、明部領域の階調不足（白飛びなど）を一層改善することができる。

さらに、本実施形態では、暗部領域の明度向上量が大きくなるに従って、明部測光値Ｂｖ_MAXの反映比率ｋ２を大きくする。この場合、明部領域を一段と重視して露出条件が決定される。その結果、暗部領域を強めに明度向上するほど、明部領域を重視した露出条件となり、明部領域の階調不足（白飛びなど）を一層改善することができる。
《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、露出制御値Ｂｖ_CNTLの値を変更している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、暗部領域の明度向上に関する補正設定に応じて、露出補正の設定値を変更してもよい。

また、上述した実施形態では、明部測光値として、分割測光値の最大値を使用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、明部測光値として、分割測光値の上位数カ所の平均値を使用してもよい。

さらに、上述した実施形態では、パラメータｆｇを用いた画像補正について説明した。しかしながら、本発明はこの画像補正に限定されるものではない。例えば、米国特許第５，９９１，４５６号明細書などに記載の明度向上技術に置き換えてもよい。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、撮像装置などに利用可能な技術である。

撮像装置１１の構成を示すブロック図である。 撮像装置１１の動作を説明する流れ図である。 パラメータＬｐｗの一例を示す図である。 パラメータｆｇ［ＹＬ（ｘ,ｙ）］の一例を示す図である。 測光および露出演算の動作を説明する流れ図である。 分割測光の被写界区分を示す図である。 ｋ１〜ｋ４の設定テーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１１…撮像装置，１２…撮影レンズ，１２ａ…絞り，１３…撮像素子，１３ａ…シャッタ，１５…信号処理部，１６…Ａ／Ｄ変換部，１７…バッファメモリ，１８…バス，１９…画像処理部，２０…カードインターフェース，２１…メモリカード，２２…マイクロプロセッサ，２２ａ…スイッチ群，２２ｂ…タイミングジェネレータ，２２ｃ…測光センサ，２３…圧縮伸張部，２４…画像表示部，２５…モニタ画面

Claims (5)

1. 被写体を測光する測光部と、
   前記測光部の測光結果に基づいて、露出条件を設定する露出演算部と、
   前記露出条件に従って前記被写体を撮像し、画像データを生成する撮像部と、
   前記撮像部で生成された前記画像データに対し、暗部領域に明度向上を施す画像補正を実施する画像処理部とを備え、
   前記露出演算部は、前記画像処理部における前記画像補正の補正設定に応じて、前記露出条件を決定する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記露出演算部は、前記暗部領域に明度向上を施す前記補正設定の場合、前記暗部領域に明度向上を施さない前記補正設定の場合に比べて、前記露出条件を低く設定する
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記測光部は、前記被写体を複数箇所に分けて分割測光し、
   前記露出演算部は、前記暗部領域に明度向上を施す前記補正設定の場合、前記暗部領域に明度向上を施さない前記補正設定の場合に比べて、前記分割測光値の中で明るい箇所の測光値の反映比率を上げて、前記露出条件を設定する
   ことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記露出演算部は、前記暗部領域の明度向上量が大きい前記補正設定ほど、前記露出条件を低く設定する
   ことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記測光部は、前記被写体を複数箇所に分けて分割測光し、
   前記露出演算部は、前記暗部領域の明度向上量が大きい前記補正設定ほど、前記分割測光値の中で明るい箇所の測光値の反映比率を上げて、前記露出条件を設定する
   ことを特徴とする撮像装置。
   

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