JP2009060400A

JP2009060400A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2009060400A
Application number: JP2007226295A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kamoshita; 真鴨志田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】撮像装置において、高コントラスト状態を自動判別し、高コントラスト状態のときは、階調や露出を自動的に調整して高コントラスト状態を補正する。
【解決手段】ヒストグラム算出部２１は、撮像素子３からの画像信号の輝度成分から、輝度レベル毎の出現分布を画素数で表すヒストグラムを算出する。高コントラストによる露出状態判定部２２は、そのヒストグラムの平均輝度レベルよりも高輝度側又は低輝度側の予め設定したヒストグラム範囲内の画素数を輝度レベルに応じて重み付けした値を用いて、被写体の周囲よりも被写体が暗く落ち込む高コントラスト状態（ＨＣ１）、又は被写体の周囲よりも被写体が明るく写りすぎる高コントラスト状態（ＨＣ２）を自動的に判定する。階調補正値算出部２３、露出補正値算出部２４は、高コントラスト状態を補正するための階調補正値、露出補正値を算出して、階調補正や露出補正を行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像装置に係り、特に露出制御部及び階調補正部の両方又はどちらか一方の制御部を備えた撮像装置に関する。

従来から、ＣＣＤ（Charge Coupled Devise）などの撮像素子から得られる被写体画像をリアルタイムに表示したり、メモリカード、磁気テープあるいは磁気ディスクなどの記録媒体に記録された被写体画像を再生表示できるディスプレイ部を備えたデジタルスチルカメラやムービーカメラなどの撮像装置が知られている。特に撮像時には、撮影者はこのディスプレイ部に表示される被写体画像を見て構図や露出の適否などの撮影条件を確認している。

一般に、こうした撮像装置では、露出補正、ガンマやニーなどの階調補正は自動設定で行われることが多いが、白とびや黒つぶれ、逆光等の高コントラスト状態による被写体が暗く落ち込む現象や、周囲が暗く被写体にだけスポットライトが当たっている等のコントラスト状態による被写体が明るく写りすぎる現象を解消するためなどに、撮影者が意図的に階調補正を設定できるように手動設定が可能な撮像装置も多く存在している。

しかしながら、ディスプレイ部に表示される被写体画像では、その画像の大きさが小さい上に外来光の影響等でディスプレイ部の明るさが変わってしまい、正確な露出の確認ができないことが多い。そこで、露出の状態を分かり易くするために、被写体画像の映像信号から輝度レベルの分布を算出し、その輝度レベルの分布に基づいてヒストグラムを作成して、このヒストグラムの画像を被写体画像の一部に重ねて表示することで、撮影者による露出、ガンマやニーなどの階調の手動設定をし易くする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−３８８０１号公報

しかしながら、上記の従来の撮像装置における撮影者の手動設定による露出補正、ガンマ補正やニー補正などの階調補正は、それなりのカメラの知識が必要であり、設定にも時間を要す。

また、上記の従来の撮像装置では、例えば１フレーム内の画像の各画素の輝度レベルの分布状況を示すヒストグラムにおいて、最大輝度レベルと最小輝度レベルを示すヒストグラム両端に存在する要素（棒グラフ）の長さにより、白とびや黒つぶれを把握でき、またヒストグラム全体から大まかな露光状態を把握することはできる。

しかしながら、デジタルスチルカメラやムービーカメラの備えるディスプレイ部は小さい上に外来光の影響等でディスプレイ部の明るさが変わってしまい、正確な露出の確認ができないことが多い。そのため、逆光等の高コントラスト状態による被写体が暗く落ち込む現象や、周囲が暗く被写体にだけスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態による被写体が明るく写りすぎる現象は、小さいディスプレイ部に表示される上記のヒストグラムから判別し、そのヒストグラムを頼りに、撮影者が露出、ガンマやニーなどの階調を手動設定で補正を適正に行うことは困難である。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、デジタルスチルカメラやムービーカメラなどの撮像装置において、撮影者がディスプレイ部の表示だけを頼りに判別することが難しい、逆光等の高コントラスト状態による被写体が暗く落ち込む現象や、周囲が暗く被写体にだけスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態による被写体が明るく写りすぎる現象を常に効果的な手法により監視し続け自動判別することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、上記の自動判別が真だった時に、露出、ガンマやニーなどの階調が適正な設定値にて撮影できるように、露出、ガンマやニーなどの階調の通常の撮影時の補正値に対し、重ねて自動補正をかけることが可能な撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は露出制御部及び階調補正部の両方又はどちらか一方を備えた撮像装置において、撮像素子により撮像された被写体の所定期間毎の画像信号の輝度成分から、輝度レベル毎の出現分布を画素数で表すヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段と、ヒストグラムにおいて、そのヒストグラムの平均輝度レベルよりも高輝度側又は低輝度側の予め設定したヒストグラム範囲内の画素数を輝度レベルに応じて重み付けした値を用いて、又はヒストグラムにおける予め設定した輝度レベルよりも高輝度側又は低輝度側の画素数の総和と全画素数との割合に基づいて、被写体の周囲よりも被写体が暗く落ち込む第１の高コントラスト状態、又は被写体の周囲よりも被写体が明るく写りすぎる第２の高コントラスト状態を判定する判定手段と、判定手段により第１又は第２の高コントラスト状態である判定結果が得られたときは、第１又は第２の高コントラスト状態を補正するための、露出制御部を制御する露出補正値及び階調補正部を制御する階調補正値の両方又はどちらか一方を算出する補正値算出手段とを有することを特徴とする。

ここで、上記の判定手段は、第１の高コントラスト状態を判定するときは、
ヒストグラムの平均輝度レベルを算出した後、その平均輝度レベルよりも高輝度側に所定距離離れたヒストグラム範囲における画素数を、輝度レベルが高くなるほど重みが大きくなるように各輝度レベル毎の画素数に重み付けしてカウントし、そのカウントした値が任意の閾値以上であるとき、第１の高コントラスト状態であると判定するか、又はヒストグラムにおいて、第１の閾値以下の低い輝度レベルの画素数の総和と全画素数との割合が第２の閾値以上であるとき、第１の高コントラスト状態であると判定することを特徴とする。

また、上記の判定手段は、第２の高コントラスト状態を判定するときは、
ヒストグラムの平均輝度レベルを算出した後、その平均輝度レベルよりも低輝度側に所定距離離れたヒストグラム範囲における画素数を、輝度レベルが低くなるほど重みが大きくなるように各輝度レベル毎の画素数に重み付けしてカウントし、そのカウントした値が任意の閾値以上であるとき、第２の高コントラスト状態であると判定するか、又はヒストグラムにおいて、第１の閾値以上の高い輝度レベルの画素数の総和と全画素数との割合が第２の閾値以上であるとき、第２の高コントラスト状態であると判定することを特徴とする。

この発明では、被写体の周囲よりも被写体が暗く落ち込むような高コントラスト状態や被写体の周囲よりも被写体が明るく写りすぎるような高コントラスト状態を、算出したヒストグラムに基づいて、自動的に判定し、このような高コントラスト状態であると判定したときは、露出制御部を制御する露出補正値及び階調補正部を制御する階調補正値の両方又はどちらか一方を算出して、自動的に高コントラスト状態を補正することができる。

本発明によれば、高コントラスト状態を自動的に判定して、その高コントラスト状態を補正することにより、撮影者自身が、カメラに付属している視認性の悪い小さいディスプレイ部の表示から、高コントラスト状態を判別する作業や、視認性の悪い小さいディスプレイ部を常に注意して監視し続ける煩わしさから撮影者を解放させることができる。

また、本発明によれば、高コントラスト状態を補正するための露出補正や階調補正に失敗するリスクを減らせ、カメラの知識が乏しい撮影者であっても簡単に使用することができる。

次に、本発明の実施の形態について図１〜図３を参照して詳細に説明する。

図１は本発明になる撮像装置の一実施の形態の全体構成のブロック図を示す。本実施の形態は、デジタルカメラに適用した例である。同図において、撮像装置１００は、被写体からの入射光を集光するレンズ１、絞りからなる露出機構２、ＣＣＤ撮像素子３、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路４、ＡＧＣ（自動利得制御）回路５、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）６、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）回路７、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）９、ＪＰＥＧ(Joint Photographic Experts Group)エンコーダ１０、メディアＩ／Ｆ（インタフェース）１１、スタチック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）１２、フラッシュメモリ（リード・オンリ・メモリ）１３、ＮＴＳＣ／ＰＡＬエンコーダ１４、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）１５、中央処理装置（ＣＰＵ）１６、露出制御部１７、及び操作部１８から構成されている。

ＤＳＰ回路７は所定の信号処理を行うと共に、内部に階調補正部８を有する。また、ＣＰＵ１６はバス１９を介して、ＤＳＰ回路７、ＪＰＥＧエンコーダ１０、メディアＩ／Ｆ１１、ＳＲＡＭ１２、フラッシュＲＯＭ１３に接続されている。また、ＣＰＵ１６は、ヒストグラム算出部２１、高コントラストによる露出状態判定部２２、階調補正値算出部２３、露出補正値算出部２４を備えており、露出制御部１７を及び階調補正部８の両方又はどちらか一方を駆動制御する。高コントラストによる露出状態判定部２２は、後述するように、逆光等の被写体の周囲よりも被写体が暗く落ち込む高コントラスト状態ＨＣ１と、周囲が暗く被写体にだけスポットライトが当たっている等の被写体の周囲よりも被写体が明るく写りすぎる高コントラスト状態ＨＣ２のうち、両方又はどちらか一方の高コントラスト状態を判定するよう、設定されている。露出制御部１７は、露出機構２、ＣＣＤ撮像素子３、ＡＧＣ回路５の動作を制御する。また、操作部１８はＣＰＵ１６に対して所望の動作を行わせる。この撮像装置１００の外部には、メモリカード２５及びテレビや液晶ディスプレイ２６が接続される。

次に、本実施の形態の動作について図１〜図３を参照して説明する。図１において、レンズ１、絞りからなる露出機構２をそれぞれ透過してＣＣＤ撮像素子３の受光面に結像した被写体からの入射光は、ここで光電変換されて電気信号である撮像信号とされる。この撮像信号は、ＣＤＳ回路４で公知の相関二重サンプリング法に基づいてノイズが除去され、続いてＡＧＣ回路５で信号レベルが増幅され、更にＡＤＣ６でディジタル信号に変換される。

ＡＤＣ６から出力されたディジタル撮像信号は、ＤＳＰ回路７内の階調補正部８で階調補正され、更にＤＳＰ回路７内で輝度信号Ｙ、色信号Ｃｂ及び色信号Ｃｒ（以下、これらをまとめて「ＹＣｂＣｒ信号」という）に変換された後、ＪＰＥＧエンコーダ１０で公知のＪＰＥＧ方式で圧縮される。ＪＰＥＧエンコーダ１０から出力されたＪＰＥＧ圧縮された画像ファイルは、フラッシュＲＯＭ１３に格納されると共に、メディアＩ／Ｆ１１を通ってメモリカード２５に記録されると同時に、ＳＲＡＭ１２に格納される。

また、ＤＲＡＭ９を用いてＤＳＰ回路７内での信号処理で得られたＹＣｂＣｒ信号は、ＮＴＳＣ／ＰＡＬエンコーダ１４にて、ＮＴＳＣ方式カラー映像信号もしくはＰＡＬ方式カラー映像信号に変換され、続いてＤＡＣ１５にてアナログのカラー映像信号に変換された後、撮像装置１００の外部に接続されているテレビや液晶ディスプレイ２６に供給されてカラー画像として表示される。

一方、バス１９上のＣＰＵ１６では、ヒストグラム算出部２１にてＳＲＡＭ１２に格納されたＹ信号から毎フィールド、あるいは数フィールド単位にヒストグラムを作成する。このヒストグラムは、毎フィールド、あるいは数フィールド期間における画像の各画素の輝度レベルの分布状況を示す、各輝度レベル毎の画素数を示す棒グラフである。このヒストグラムは、例えば、輝度信号が８ビットであれば、輝度レベルが２５６段階あるが、それらを例えば１６段階にまとめて、１６ある輝度レベル範囲のそれぞれについて画素がいくつあるかを示す。

ＣＰＵ１６内の高コントラストによる露出状態判定部２２は、上記のヒストグラムから平均輝度レベルを算出し、逆光等による高コントラスト状態ＨＣ１を判定するために、その平均輝度レベルから高輝度レベル側への任意の距離を第１の閾値として設ける。すなわち、上記のヒストグラムが図２に示す１６個の棒グラフ部分からなり、平均輝度レベルが図２にＡＶＥで示す棒グラフ部分の輝度レベルであるものとすると、その平均輝度レベルＡＶＥから高輝度レベル側への任意の距離の第１の閾値として閾値＃１を設ける。

そして、高コントラストによる露出状態判定部２２は、その閾値＃１以上の輝度レベル範囲において、図２に閾値＃２で示す任意の第２の閾値以上の画素数を有する輝度レベルの画素数をカウントする。更に、その画素数のカウント値を高輝度レベル側に行くほど重みが大きくなるように重み付けを行う。

続いて、高コントラストによる露出状態判定部２２は、上記のカウントした画素数に各々の輝度レベルに準じた重み付けを行った数値が、任意の第３の閾値以上ならば、逆光等による高コントラスト状態ＨＣ１であると判定する。

なお、高コントラストによる露出状態判定部２２は、上記の逆光等による高コントラスト状態ＨＣ１であると判定する他の例として、図３に示すヒストグラムにおいて、＃４で示す任意の第４の閾値以下の低い輝度レベル範囲の画素数の総和と全体の総画素数の割合（すなわち、（低い輝度レベル範囲の画素数の総和）／（総画素数）で表される比、又はその比の１００倍の値）が、任意の第５の閾値以上なら、逆光等による高コントラスト状態ＨＣ１であると判定するようにしてもよい。

次に、高コントラストによる露出状態判定部２２による、周囲が暗く被写体にだけスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２を判定する場合の動作について図４及び図５と共に説明する。この場合は、図２と共に説明した逆光等による高コントラスト状態ＨＣ１を判定する場合とは逆に、図４に示すヒストグラムにおいて平均輝度レベルから低輝度レベル側への任意の距離を第１の閾値＃５として設け、その第１の閾値＃５以下の輝度レベル範囲において、任意の第２の閾値＃６以上の画素数を有する輝度レベルの画素数をカウントする。更に、その画素数のカウント値を低輝度レベル側に行くほど重みが大きくなるように重み付けを行う。

続いて、高コントラストによる露出状態判定部２２は、上記のカウントした画素数に各々の輝度レベルに準じた重み付けを行った数値が、任意の第３の閾値＃７以上ならば、周囲が暗く被写体だけにスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２であると判定する。

なお、高コントラストによる露出状態判定部２２は、上記の周囲が暗く被写体だけにスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２であると判定する他の例として、図５に示すヒストグラムにおいて、＃８で示す任意の第４の閾値以上の高い輝度レベル範囲の画素数の総和と全体の総画素数の割合（すなわち、（高い輝度レベル範囲の画素数の総和）／（総画素数）で表される比、又はその比の１００倍の値）が、任意の第５の閾値以上なら、周囲が暗く被写体だけにスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２であると判定するようにしてもよい。

ＣＰＵ１６内の階調補正値算出部２３は、高コントラストによる露出状態判定部２２による高コントラスト状態（ＨＣ１又はＨＣ２）の判定結果により、ガンマやニーなどの階調補正値を算出する。また、ＣＰＵ１６内の露出補正値算出部２４も、高コントラストによる露出状態判定部２２による高コントラスト状態（ＨＣ１又はＨＣ２）の判定結果により、露出補正値を算出する。なお、上記の階調補正値や露出補正値は、算出する代わりに予め決めてある補正値に決定するようにしてもよい。

ここで、露出補正値算出部２４は高コントラストによる露出状態判定部２２により、逆光等による高コントラスト状態ＨＣ１であると判定されたときは、例えば露出補正値を現在値よりも露光量が多くなるような値を算出し（又は予め決めてある補正値に決定し）、また、周囲が暗く被写体だけにスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２であると判定されたときは、例えば露出補正値を現在値よりも露光量が少なくなるような値を算出する（又は予め決めてある補正値に決定する）。なお、露出補正値算出部２４の上記の算出動作は一例であり、これに限定されるものではなく、要は適正な露出補正値を算出できればよい。

露出制御部１７は、上記の露出補正値算出部２４により得られた露出補正値に基づいて、時定数を持たせて線形的に露出機構２の絞り値の調整と、ＣＣＤ撮像素子３のシャッター速度の調整と、ＡＧＣ回路５のゲインの調整とにより露出を適正値に調整する。また、ＣＰＵ１６は、階調補正値算出部２３により得られた階調補正値に基づいて、時定数を持たせて線形的に階調補正部８による階調補正を行わせる。

なお、階調補正部８では、逆光等の高コントラスト状態ＨＣ１のときは、例えば低輝度部の階調を持ち上げ、高輝度部は白つぶれしてしまわないように、階調の傾斜を緩やかにし、また、周囲が暗く被写体にスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２のときは、例えば高輝度部の階調を下げ、低輝度部が黒つぶれしてしまわないように、階調の傾斜を緩やかにする。ただし、階調補正部２４の上記の補正動作は一例であり、これに限定されるものではなく、要は階調補正値に基づいて適正な階調補正を行えればよい。

このように、本実施の形態によれば、逆光等の高コントラスト状態ＨＣ１による被写体が暗く落ち込む現象や、周囲が暗く被写体にだけスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２による被写体が明るく写りすぎる現象を常に自動監視し、自動判別するようにしたため、撮影者自身が、撮像装置１００に付属している視認性の悪い小さいディスプレイ部の表示から、上記高コントラスト状態を判別するという難しい作業をしなくてもよいようにでき、また上記高コントラスト状態を判別するために、撮影者自身が、視認性の悪い小さいディスプレイ部を常に注意して監視し続けなくてはならない煩わしさからも解放される。

また、本実施の形態によれば、高コントラスト状態の自動判別結果に基づいて、露出及び階調の少なくともどちらか一方を自動補正するため、露出補正や階調補正に失敗するリスクを減らせ、撮影者がカメラの知識が乏しい者であっても簡単に使用でき、適正に露出補正や階調補正して被写体が暗く落ち込む現象や被写体が明るく写りすぎる現象のない高品質の撮影画像を得ることができる。

なお、本発明による露出制御及び階調補正のどちらか一方だけを行う撮像装置にも本発明を適用することができる。また、ヒストグラム算出部２１により算出するヒストグラムは、図２や図３に示すヒストグラムに限定されるものではなく、１６以外の複数の輝度レベル範囲のそれぞれについて画素数を示すヒストグラムであってもよいことは勿論である。

本発明の撮像装置の一実施の形態のブロック図である。図１中の高コントラストによる露出状態判定部により、逆光等による高コントラスト状態ＨＣ１であると判定するときの一例の判定動作説明図である。図１中の高コントラストによる露出状態判定部により、逆光等による高コントラスト状態ＨＣ１であると判定するときの他の例の判定動作説明図である。図１中の高コントラストによる露出状態判定部により、周囲が暗く被写体だけにスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２であると判定するときの一例の判定動作説明図である。図１中の高コントラストによる露出状態判定部により、周囲が暗く被写体だけにスポットライトが当たっている等の高コントラスト状態ＨＣ２であると判定するときの他の例の判定動作説明図である。

符号の説明

３ＣＣＤ撮像素子
７ディジタル信号処理（ＤＳＰ）回路
８階調補正部
１６中央処理装置（ＣＰＵ）
１７露出制御部
２１ヒストグラム算出部
２２高コントラストによる露出状態判定部
２３階調補正値算出部
２４露出補正値算出部

Claims

露出制御部及び階調補正部の両方又はどちらか一方を備えた撮像装置において、
撮像素子により撮像された被写体の所定期間毎の画像信号の輝度成分から、輝度レベルの出現分布を画素数で表すヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段と、
前記ヒストグラムにおいて、そのヒストグラムの平均輝度レベルよりも高輝度側又は低輝度側の予め設定したヒストグラム範囲内の画素数を輝度レベルに応じて重み付けした値を用いて、又は前記ヒストグラムにおける予め設定した輝度レベルよりも高輝度側又は低輝度側の画素数の総和と全画素数との割合に基づいて、前記被写体の周囲よりも前記被写体が暗く落ち込む第１の高コントラスト状態、又は前記被写体の周囲よりも前記被写体が明るく写りすぎる第２の高コントラスト状態を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記第１又は第２の高コントラスト状態である判定結果が得られたときは、前記第１又は第２の高コントラスト状態を補正するための、前記露出制御部を制御する露出補正値及び前記階調補正部を制御する階調補正値の両方又はどちらか一方を算出する補正値算出手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
前記判定手段は、前記第１の高コントラスト状態を判定するときは、
前記ヒストグラムの平均輝度レベルを算出した後、その平均輝度レベルよりも高輝度側に所定距離離れたヒストグラム範囲における画素数を、輝度レベルが高くなるほど重みが大きくなるように各輝度レベル毎の画素数に重み付けしてカウントし、そのカウントした値が任意の閾値以上であるとき、前記第１の高コントラスト状態であると判定するか、又は前記ヒストグラムにおいて、第１の閾値以下の低い輝度レベルの画素数の総和と全画素数との割合が第２の閾値以上であるとき、前記第１の高コントラスト状態であると判定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記判定手段は、前記第２の高コントラスト状態を判定するときは、
前記ヒストグラムの平均輝度レベルを算出した後、その平均輝度レベルよりも低輝度側に所定距離離れたヒストグラム範囲における画素数を、輝度レベルが低くなるほど重みが大きくなるように各輝度レベル毎の画素数に重み付けしてカウントし、そのカウントした値が任意の閾値以上であるとき、前記第２の高コントラスト状態であると判定するか、又は前記ヒストグラムにおいて、第１の閾値以上の高い輝度レベルの画素数の総和と全画素数との割合が第２の閾値以上であるとき、前記第２の高コントラスト状態であると判定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。