JP2009071768A - 画像信号処理装置および撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像信号中の主要被写体を検出する主要被写体検出手段と、主要被写体にかかわる主要被写体情報を取得する主要被写体情報取得手段と、画像信号の注目画素に対して、前記主要被写体情報に基づいて選択される階調変換特性曲線を用いて一律な階調変換処理を行うとともに、前記一律な階調変換処理後の前記画像信号の注目画素に対して注目画素の近傍領域の情報をもとに局所的な階調変換処理を行う画像処理手段とを具備する画像信号処理装置を提供する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、画像信号中の主要被写体を検出する主要被写体検出手段と、前記主要被写体にかかわる主要被写体情報を取得する主要被写体情報取得手段と、前記画像信号の注目画素に対して、前記主要被写体情報に基づいて選択される階調変換特性曲線を用いて一律な階調変換処理を行うとともに、前記一律な階調変換処理後の前記画像信号の注目画素に対して注目画素の近傍領域の情報をもとに局所的な階調変換処理を行う画像処理手段とを具備する画像信号処理装置を提供する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示したブロック図である。本実施形態に係る撮像装置1は、例えば、デジタルカメラであり、撮像部2と画像処理装置(画像信号処理装置)3とを備えている。撮像部2は、レンズ10、シャッタ11、CCD12、CCD制御部13、レンズ駆動部14、及びストロボ15を備えている。
レンズ10には、ピント調節および焦点距離調節用の撮影レンズと、開口量を調節するための絞り10aが配置されている。この絞り10aの役割は、撮影制御部20からの制御指令に基づいて、撮像面へ照射する光の明るさと深度を調整することであるが、深度調整の必要性の少ない廉価な撮像装置においては、明るさ調節の目的のために、例えば、光量調節のためのNDフィルタで代用することも可能である。
レンズ10の後方には、露光時間制御用のシャッタ11が配置されている。このシャッタ11は撮影制御部20によって駆動制御される。
シャッタ11はスルー画像撮影時には常に開いた状態とされる。このとき、CCD12の露光量制御はCCD12の有する電子シャッタ機能を用いて実現される。また、いわゆる静止画(以下「スチル撮影」という。)撮影時にはシャッタ11によりCCD12への露光量が制御される。
画像処理装置3は、例えば、ASICであり、上述の撮影制御部20、CCDインターフェイス21、ボディCPU22、輝度算出部23、AF演算部24、第1画像処理部25、顔検出部(顔検出手段)26、第2画像処理部(画像処理手段)27、及び第3画像処理部28等を備えている。これら各部は、画像処理装置3内のデータバス30を介して相互に接続されている。
輝度算出部23は、画像信号を所定の分割エリアごとに平均して、輝度信号に変換し、被写体の輝度分布情報を算出する。
AF演算部24は、画像信号を所定の領域に分割し、領域毎にコントラスト情報を算出し、レンズ駆動部14の制御と同期して、所定領域のコントラストが最大となるように、レンズ10を駆動することにより、被写体に焦点を合わせる。
顔検出部26は、画像信号を元に、顔検出に適したサイズの画像を作成し、例えば、特開2006−227995号公報に開示されているような公知の技術を用いて、処理対象画像中から顔の部品に類似する特徴量を持つ部分を探索して顔候補領域を抽出し、顔候補領域の種々の情報を用いて、顔か否かの判断を行い、顔領域の位置と大きさを検出する。
まず、ユーザによって電源がオンされると、撮像部2によるスルー画像の撮影が行われ、画像信号が取得される(ステップSA1)。この画像信号は、CCDインターフェイス21によりデジタル信号に変換され、変換後の画像信号(以下「スルー画像信号」という。)が画像処理装置3内に入力される。
なお、顔検出に使用するスルー画信号は、上記もろもろの処理の途中で、顔検出に適した画像を格納しておき、使用する。
次に、顔検出の結果が前回の検出結果と変化したか否かを判断する(ステップSA5)。この結果、検出結果が変動していた場合、例えば、前回のスルー画像信号においては顔検出がされたのに、今回のスルー画像信号においては検出されなかった場合や、逆に、前回のスルー画像信号においては顔検出がされなかったのに今回のスルー画像信号において検出された場合や、顔の位置や大きさが変化した場合にはステップSA6に進む。
分割したエリアのうち、どのエリアのコントラストを重視して、レンズ駆動を行うかは、公知のアルゴリズムにより決定される。例えば、本実施形態では、直前の顔検出の結果を用いて、顔が検出された場合には、顔の位置情報、大きさ情報を元に顔に近いエリアを重視し、顔検出が検出されなかった場合には最も至近のエリアを重視する。そして、レンズ駆動終了後に、各撮影時のコントラスト情報とそのときのレンズ位置、最終駆動終了時のレンズ位置情報を元に、現在の撮影距離と焦点距離ならびに、各エリアの被写体距離を算出する。そして、この撮影距離、焦点距離、被写体距離を被写体距離分布情報として所定のメモリに記憶するとともに、重視したエリア並びにそのエリアのコントラスト値についてもメモリに記憶する。この処理が終了すると、ステップSA8に進む。
ステップSA10では、操作検出部34で撮影者によりレリーズボタンが押されたかどうかを判定し、レリーズボタンが押された場合には、ステップSA11に進み、スチル撮影を実施する。
そして、スチル撮影が終了した場合、或いは、ステップSA10においてレリーズボタンが押されていない場合には、ステップSA1に戻り、ユーザによって電源がオフされるまで上述の処理を繰り返し実行する。
次に、上記表示シーケンスのステップSA11において行われるスチル撮影について図3を参照して説明する。図3は、スチル撮影のシーケンスを示した図である。
まず、図3のステップSB1において、プリ撮影が実施される(ステップSB1)。撮像部2にて取得された画像信号は、CCDインターフェイス21においてデジタル化された後、撮像処理装置3内の各部へ転送される。
ステップSB5では、被写体の輝度分布を算出するとともに、オートフォーカスの結果並びに顔検出の結果を用いて、被写体エリア及び被写体周辺エリアの輝度を算出する。なお、この輝度分布算出処理についての詳細は後述する。
ステップSB6では、ステップSB4において求められた撮影距離、現在のレンズの焦点距離を用いて以下の(1)式により撮影倍率を計算する。
撮影倍率=焦点距離/撮影距離 (1)
ステップSB14では、第2画像処理部27において、第1画像処理部25から転送されてきた画像信号に対して階調変換処理等の第2画像処理が実施され、処理後の画像信号が第3画像処理部28に転送される。なお、ここで行われる第2画像処理の詳細については後述する。
次に、上記スチル撮影シーケンスのステップSB5において実行される輝度分布算出処理について図4を参照して詳しく説明する。図4は、輝度分布算出処理のシーケンスを示した図である。
例えば、左上の分割エリア(i,j)=(1,1)のグリーンの出力信号をG11、輝度信号をbv11、プリ撮影時のシャッタ速度、絞り値、感度に相当するAPEX値をそれぞれTV、AV、SVとすると、輝度信号bv11は以下の式で表される。
bv11=AV+TV−SV+log2(G11/基準G値)
これを各分割エリアにおいてそれぞれ実施することで、撮像画像の輝度分布に相当する値が得られる。ここで、基準G値とは所定のAV、TV−SVで所定の光源で所定の輝度を撮影したときのグリーン出力平均値であり、あらかじめカメラごとに設定されている。
Δbv=max輝度−min輝度
次に、ステップSC7において、顔エリアの面積を求め、当該輝度分布算出処理を終了する。
ここで、bv_near=bv_oとする理由は、測距点情報によって被写体の位置についてはわかるが、被写体の大きさについては正確な情報が得られないことから、処理上問題のない輝度に設定するためである。図6は、測距点および測距エリアの一例を示した図であり、測距エリアを8×8の分割エリアで構成している。
ステップSC14では、中央エリアの輝度平均値を被写体輝度bv_o及び被写体周辺輝度bv_nearに設定し、当該輝度分布算出処理を終了する。
次に、上述したように露光が調整されたスチル撮影にて得られた画像信号に対して第2画像処理部(画像処理手段)27が実施する第2画像処理について説明する。この処理は、図3のステップSB14において実行される処理である。ここでは、第2画像処理のうち、特に階調変換に関する処理に焦点を当てて主に説明する。
図8は、第2画像処理部27(図1参照)にて行われる第2画像処理のシーケンスを示した図である。
ステップSD12における階調変換特性曲線の選択は、図4のステップSC2で算出された輝度差Δbvと予め登録されている第2特性選択テーブルとを用いて行われる。
まず、ステップSE1において、注目画素を中心とする局所領域、例えば16×16画素単位の局所領域を順次抽出する。ステップSE2において、各局所領域のヒストグラムを作成する。ステップSE3において、ヒストグラムを累積、正規化することで階調変換特性曲線を作成する。ステップSE4では、ステップSE3において作成された階調変換特性曲線に基づき、注目画素に対して階調変換処理を行う。ステップSE5において、全画素が完了したかを判断し、完了していない場合はステップSE1に戻り、次の注目画素が素に対して局所領域を抽出し、全ての画素について処理を繰り返す。完了した場合は当該局所的な階調変換処理を終了する。
一面の壁など輝度変化の少ない被写体を含む画像のように輝度差の少ないフラットなシーン、マクロ撮影時の背景等のように絞りが明るいシーン、ストロボを発光させて撮影したシーン、アップのポートレートシーン、空などを背にして逆光で主要被写体(例えば、人物)を撮影し、かつ、主要被写体が小さいようなシーン、主要被写体が極端に暗かったり明るかったりするような輝度差の大きいシーン。
また、一律な階調変換処理のみを行う場合においても、シーンに応じて採用する階調変換特性曲線を変化させることにより、シーンに適した階調変換処理を実施することが可能となる。
更に、一律な階調変換処理で採用する階調変換特性曲線を撮影シーンの輝度差、主要被写体と周囲の輝度関係に応じて変更することで、より最適な階調を得ることが可能となる。
また、例えば、一眼レフデジタルカメラ等に応用する場合には撮像素子とは別個に用意された、公知の被写体輝度測定用センサ等の出力を上記被写体輝度分布に代えて用いることとしてもよい。
また、本実施形態では、上述した第2画像処理をスチル撮影時にのみ実施しているが、同様にスルー画撮影時の画像に応用しても良い。この場合、撮影者が撮影前に効果を確認できるという効果が得られる。
また、これらの処理を全てハードウエアで構成するようにしても良い。このような構成とすれば処理速度が速くなり、使用感が向上する。また、本実施形態では、階調変換処理を実施後にYC変換等を行っているが、例えば、それらの順番を入れ替えることも可能である。
次に、本発明の第2の実施形態について、図を用いて説明する。
上述した第1の実施形態に係る撮像装置1においては、局所的な階調変換処理の問題点を考慮し、撮影シーンに応じて一律な階調変換処理のみを行うか、或いは、一律な階調変換処理と局所的な階調変換処理との両方を行うかを選択するものであった。これに対し、本実施形態では、同一画像に対して一律な階調変換処理のみを行う第1階調変換処理(第1階調変換手段)と、一律な階調変換処理および局所的な階調変換処理の両方を実行する第2階調変換処理(第2階調変換手段)との両方をそれぞれ個別に実施し、処理後の画像を所定の比率でブレンド(合成)処理することとしている。また、撮影シーンに応じて、ブレンドの比率を局所的に変更することにより、より幅広いシーンに対して局所的な階調変換処理を効果的に行うことができる構成とされている。
以下、本実施形態に係る撮像装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
まず、ステップSF1では、処理前の画像をコピーして第1画像及び第2画像を作成し、メモリに格納する(画像複製手段)。ステップSF2では、第1画像に対して第1階調変換処理を実施する。具体的には、第1画像に対して一律な階調変換処理を実行する。ステップSF3では、第2画像に対して第2階調変換処理を実行する。具体的には、第2画像に対して一律的な階調変換処理を実施し、更に、この画像に対して局所的な階調変換処理を実施する。ステップSF4では、処理後の第1画像と第2画像とのブレンド量(合成比率)とブレンドエリア(合成エリア)を算出する。
具体的には、ステップSF5では、例えば、ステップSF4において求められたブレンド量がα%であるとすると、このα%と以下の式を用いて各画素値(i,j)を算出する。今、処理済の第1画像のある位置(i,j)にある画素をk1(i,j)、処理済の第2画像のある位置(i,j)にある画素をk2(i,j)とすると、最終画像の画素k(i,j)は以下の式で得られる。
k(i,j)=(1−α(i,j)/100)k1(i,j)+(α(i,j)/100)k2(i,j)
第1階調変換処理では、まず、ステップSG1において、標準的な階調変換特性曲線、本実施形態では、図9に示される階調変換特性γ2を選択し、ステップSG2において選択した階調変換特性γ2を用いて第1画像に対して一律な階調変換処理を実行し、ステップSG3において階調に応じた色補正処理を行い、ステップSG4において変換した画像を処理済の第1画像としてメモリに格納する。なお、上記標準的な階調変換特性曲線に代えて、例えば、図8のステップSD12で行ったように、第2特性選択テーブルにしたがってγ1〜γ3の中からいずれか一つを選択することとしてもよい。また、図17の第3特性選択テーブルにしたがってγ1〜γ3を例えば図16のγ8〜10のように、全体に若干コントラストが低めの階調曲線に設定するようにしてもよい。この場合、後続のステップにおいて局所的な階調変換処理が実行された画像とブレンドされた場合にコントラストが少し強くなってしまうのを相殺するため、より効果的になる。
第2階調変換処理では、ステップSH1において一律的な階調変換処理に用いる階調変換特性曲線を選択する。具体的には、図3のステップSB7における露光演算において決定したスチル撮影時の露光条件(絞り、シャッタ、感度)のAPEX値(av,tv,sv)、図3のステップSB5の輝度分布算出で算出した被写体輝度bv_o、及び予め登録されている第3特性選択テーブルに基づいて、図16に示される階調変換特性曲線γ8〜γ10のいずれかを選択する。
図16に示される階調変換特性曲線γ8〜γ10は、主要被写体が画面上で暗い場合には若干明るく修正される階調曲線になっている。
ここでは、主要被写体の大きさに基づいて図18に示される関数f1〜f3のいずれかを選択し、主要被写体と周囲の輝度差Δbvとから係数aを演算する。例えば主被写体の面積が撮影領域の面積の50%以上の場合にはf3、主被写体の面積が撮影領域の面積の30%以下の場合にはf1、それ以外の場合にはf2を選択する。
係数aは、被写体の面積が大きいほど小さな値に設定されているとともに、周囲に対する主要被写体の輝度が高いほど大きな値に設定されている。これにより、主要被写体と周囲の輝度差が大きく、かつ、被写体が小さいほどaが大きくなり、明るさを増加させるような特徴を持つ階調変換特性曲線に補正することが可能となる。
顔検出が実施されている場合には被写体の大きさと明るさが精度よく検出されるので、きめ細かな制御ができ、より自然な絵を得ることが可能となる。
m=顔の横の大きさの画素数×0.8
このようにして、局所領域の大きさを変更するとステップSH6に進む。
ステップSH6では、局所的な階調変換処理を行い、ステップSH7では階調に応じた色補正処理を行い、その後、処理済みの第2画像をメモリに格納する。
この処理では、スチル撮影時の顔検出結果、被写体の輝度分布情報、オートフォーカスの結果、及びストロボ発光情報等を用いて、シーンに応じた最適なブレンド領域とブレンド量を算出する処理である。
dv(i,j)=log2(m(i,j)2)
これにより、例えば、図21のような画像については、図22に示されるようなデータが得られる。
dv_lens=log2(L2)
ここで、Lは撮影距離である。
|dv(i,j)−dv_lens|>0.5
例えば、図20に示されるようなシーンの画像撮影時において、合焦撮影距離dv_lens=−2.2であった場合には、図22においてメッシュが施されていないエリアがボケエリアとなる。
続くステップSJ11では、被写体エリアとして上記のボケエリア以外のエリアを設定する。例えば、図22のメッシュエリアが被写体エリアとして設定される。
このようにして、被写体エリア、被写体周辺エリア、それ以外のエリア(ボケエリア)が設定されると、各エリアのブレンド率をそれぞれ設定する。本実施形態では、
被写体エリアのブレンド率α1=30%
被写体周辺エリアのブレンド率α2=15%
被写体以外のエリアのブレンド率α3=0%
に設定する。
また、局所的な階調変換処理を実施する処理エリアの大きさをシーンに応じて変更することにより、よりシーンに適合した処理が可能となる。例えば、主要被写体が人で、顔の周辺の輝度差が大きく、一律なエリアでの局所的な階調平滑化では効果が少ないような画面であっても効果を得ることができる。
2 撮像部
3 画像処理装置
10 レンズ
11 シャッタ
12 CCD
13 CCD制御部
14 レンズ駆動部
15 ストロボ
20 撮影制御部
21 CCDインターフェイス
22 システムコントローラ
23 輝度算出部
24 AF演算部
25 第1画像処理部
26 顔検出部
27 第2画像処理部
28 第3画像処理部
30 データバス
41 SDRAM
42 フラッシュメモリ
43 記録媒体
47 操作部
46 表示モニタ
Claims (9)
- 画像信号中の主要被写体を検出する主要被写体検出手段と、
前記主要被写体にかかわる主要被写体情報を取得する主要被写体情報取得手段と、
前記画像信号の注目画素に対して、前記主要被写体情報に基づいて選択される階調変換特性曲線を用いて一律な階調変換処理を行うとともに、前記一律な階調変換処理後の前記画像信号の注目画素に対して注目画素の近傍領域の情報をもとに局所的な階調変換処理を行う画像処理手段と
を具備する画像信号処理装置。 - 前記主要被写体情報は主要被写体の明るさ、大きさ、位置のいずれか一つまたは少なくともいずれか2つの組み合わせを含む請求項1に記載の画像信号処理装置。
- 前記主要被写体情報は主要被写体周辺の明るさ情報を含む請求項1または請求項2に記載の画像信号処理装置。
- 前記主要被写体検出手段は顔検出手段を含む請求項1から請求項3のいずれかに記載の画像信号処理装置。
- 前記主要被写体情報は露光の目標とする明るさレベルと主要被写体の明るさレベルとの差分を含む請求項1から請求項4のいずれかに記載の画像信号処理装置。
- 前記画像処理手段は、
前記画像信号の注目画素に対して、所定の階調変換特性曲線を用いた一律な階調変換処理を実行する第一階調変換手段と、
前記画像信号の注目画素に対して、前記主要被写体情報に基づいて選択されるとともに前記所定の階調変換特性曲線とは異なる階調変換特性曲線を用いて一律な階調変換処理を行うとともに、処理後の該画像信号の注目画素に対して注目画素の近傍領域の情報をもとに局所的な階調変換処理を行う第二階調変換手段と
を有し、
前記情報取得手段の情報に基づいて、前記第一階調変換手段及び前記第二階調変換手段のいずれか一方を選択して、前記画像信号の注目画素に対して階調変換処理を実行させる画像信号処理装置。 - 前記画像処理手段は、
前記画像信号を複製することにより第1画像と第2画像とを作成する画像複製手段と、
前記第1画像に対して一律な階調変換処理を実行する第一階調処理手段と、
前記第2画像に対して一律な階調変換処理及び局所的な階調変換処理を実行する第二階調処理手段と、
階調変換処理後の第1画像と階調変換処理後の第2画像とを合成する合成手段と
を備え、
前記第1画像と前記第2画像との合成比率及び合成対象エリアの少なくともいずれか一方が、前記主要被写体情報に基づいて決定される請求項1から請求項5のいずれかに記載の画像信号処理装置。 - 前記主要被写体情報は、被写体までの距離及び撮影倍率の少なくともいずれか一方を含んでいる請求項7に記載の画像信号処理装置。
- 請求項1から請求項8のいずれかに記載の画像信号処理装置を備える撮像装置。
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