JP2009201077A - 撮像装置及び画像データの補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像装置において、コストをかけずに簡易な方法で色収差を低減すること。
【解決手段】 ズームレンズ（２０１）と、前記ズームレンズを介して入射した被写体像を受光して、各画素の画像データに変換する撮像素子（２０４）と、前記画像データのうち、前記ズームレンズのズーム倍率に応じて決定される色相及び彩度の範囲にある画像データが表す色の彩度を、当該画像データの色相及び彩度に基づいて決められた補正量に従って、低減する色補正手段（２２０、２２１）とを有し、前記補正量は、画像における画像データの画素の位置に依存しないことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置及び画像データの補正方法に関し、更に詳しくは、画像の色収差を補正する撮像装置及び画像データの補正方法に関する。

近年、技術革新、低価格化などによりデジタルカメラ、デジタルビデオカメラが普及している。これらの製品は撮像素子にレンズ系により被写体を結像させている。レンズ系では光学ガラスによる光の屈折を用いているが、光の波長毎に屈折率が異なるために波長毎の焦点位置が前後し、光が分散してしまう色収差という現象が知られており、画質を悪化させる一因となっている。

そのため分散の異なるレンズを組み合わせるなどの方法により、色収差を補正することが知られている。しかしながら、カメラの小型化のためレンズ枚数に制約があったり、低コスト化のためレンズ素材に制限があったり、更にはズームの高倍率化も手伝い、色収差を光学的に補正するのが難しくなってきている。

以上のように画質悪化の原因である色収差をレンズ系のみで補正するのが難しい場合、画像処理で補正することになる。たとえば、特許文献１には、レンズ特性、ズーム位置、フォーカス位置、および、画像を左右に分割する中心線からの距離の情報に応じた補正データを記憶し、このデータに応じて画素領域別に異なる画像処理を施す構成が開示されている。

特開２００２−３５９７７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された構成によれば、色収差を補償することが可能となるが、画素領域を特定する詳細な情報を予め記憶する必要がある。また、色収差が生じている個所に程度の異なる色補正を行ってしまうと、かえって不自然な画像となってしまうことが考えられる。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、撮像装置において、コストをかけずに簡易な方法で色収差を低減することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、ズームレンズと、前記ズームレンズを介して入射した被写体像を受光して、各画素の画像データに変換する撮像素子と、前記画像データのうち、前記ズームレンズのズーム倍率に応じて決定される色相及び彩度の範囲にある画像データが表す色の彩度を、当該画像データの色相及び彩度に基づいて決められた補正量に従って、低減する色補正手段とを有し、前記補正量は、画像における画像データの画素の位置に依存しないことを特徴とする。

また、ズームレンズと、前記ズームレンズを介して入射した被写体像を受光して、各画素の画像データに変換する撮像素子とを有する撮像装置により得られる画像データの本発明の補正方法は、前記画像データのうち、前記ズームレンズのズーム倍率に応じて決定される色相及び彩度の範囲にある画像データが表す色の彩度を、当該画像データの色相及び彩度に基づいて決められた補正量に従って、低減する色補正工程を有し、前記補正量は、画像における画像データの画素の位置に依存しないことを特徴とする。

本発明によれば、コストをかけずに簡易な構成で色収差を低減することが可能になる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

（装置の構成）
図２は本発明の実施の形態におけるデジタルカメラなどの撮像装置における撮像系を概略的に示すブロック図である。

同図において、２０１は撮影レンズ群である。図では便宜上凸レンズ１枚で示しているが、実際には、フォーカスレンズやズームレンズなどの複数のレンズから構成されている。そして、これらのレンズを駆動することで、撮像素子２０４に結像させる被写体像の倍率を変更する変倍機能（ズーム機能）や、被写体像の合焦状態を調節する焦点調節機能（オートフォーカス機能）などを達成することができる。２０２は撮像素子２０４に到達する光量を調整するともに、撮像素子２０４を遮光するシャッター機能を備えた絞りであり、静止画撮影時には撮像素子２０４が電荷を蓄積し始めた後に絞り２０２を閉じることによって、露光時間を調節することができる。２０３は撮影レンズ群２０１のズーム機能やフォーカス機能、および、絞り２０２の光量調整機能や遮光機能を制御するための撮像制御部である。

２０４はＣＣＤやＣＭＯＳセンサで構成され、受光した被写体像を電気信号からなる画素毎の画像データに変換する撮像素子である。２０５はＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路、ＡＧＣ（自動利得制御）回路、Ａ／Ｄコンバータからなる前処理回路である。２０６は撮像素子２０４や前処理回路２０５の駆動タイミングを制御する信号を発生してこれらを制御するためのタイミングジェネレータ（ＴＧ）である。

２０７は信号処理回路であり、複数の信号処理の一部として、予め設定した異なる範囲の色相における彩度に対して、予め設定した比率で彩度を補正する、第１色補正回路２２０と第２色補正回路２２１とを有する。従って、本実施の形態では、２つの色相の画像信号に対して、彩度の補正を別々に行うことができる。なお、この彩度の補正については、詳細に後述する。

２０８は撮像装置全体の制御を司るシステム制御部である。２０９は後述する表示部２１２や記憶媒体２１０への画像データの送受信を制御する画像入出力制御部である。記憶媒体２１０は信号処理回路２０７で処理された画像データを記憶する記憶媒体であり、例えば、ＤＶテープ、ＤＶＤディスク、メモリカードなどを含む。２１２は信号処理回路２０７にて処理された画像データを基にして画像を表示する、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示部である。２１３は撮影を開始するための撮像スイッチ、２２２は色温度測定素子である。

撮影レンズ群２０１に入射した光は、撮像制御部２０３による絞り２０２の制御により適正露光となるように調整され、撮像素子２０４で光電変換される。撮像素子２０４で光電変換された画像データは、前処理回路２０５においてノイズ除去及びゲイン制御が施され、さらにＡ／Ｄ変換される。次に、信号処理回路２０７において前処理回路２０５から送られてきたデジタル画像データに対して輝度補正やホワイトバランス処理、フェードなどのデジタルエフェクト処理などの信号処理を施し、画像入出力制御部２０９に送る。

画像入出力制御部２０９は、信号処理回路２０７から送られてきた画像データを、静止画像データの場合はＪＰＥＧ形式に、動画像データの場合はＭＰＥＧ形式などに符号化して、記憶媒体２１０に記録する。また、画像データを表示部２１２に表示する場合には、画像入出力制御部２０９は、画像データを表示部２１２に表示するのに適した形式に変換する信号処理を施す。更に、記憶媒体２１０から画像データを読み出して復号し、表示に適した形式に変換して表示部２１２に出力することもできる。

（色収差の例）
図１は撮影レンズ群２０１の色収差の一例を示す図である。色収差はレンズによって特性が異なるため、レンズ毎に実験的に求めることが望ましい。本実施の形態で説明する色収差の補正は、色収差を生じるレンズであれば、図１に示す特性とは異なる特性を有するレンズにも補正パラメータを変更することにより、応用することが可能である。

図１では色収差の例として、横にズーム域（ズーム倍率）４通り、縦に波長３通りの、合計１２通りのスポットダイアグラムを示す。各スポットダイアグラムは、撮像素子２０４上の特定の点における入射光の結像状態を示すものであり、Ｙ軸は像高の方向を、Ｚ軸は像高に直交する方向を示す。本実施の形態では、撮影レンズ群２０１は１２倍ズームレンズであるものとし、図１ではそのうち、広角端、８倍、１０倍、１２倍（望遠端）の色収差を示している。また波長６５６ｎｍ（赤：Ｒ）、５４６ｎｍ（緑：Ｇ）、４３６ｎｍ（青：Ｂ）の色収差を示す。

図１に示すレンズの例では、ズーム域が８倍から収差が増加し、１２倍で最大になる。そのため、本実施の形態では広角から８倍までのズーム域では補正を行わず、８倍から１２倍までのズーム域でのみ色収差の補正を行う。

また、５４６ｎｍ（Ｇ）の波長と比較して、主に波長が４３６ｎｍ（Ｂ）と６５６ｎｍ（Ｒ）近辺で色収差が大きいことが分かる。このことから、色温度が低い被写体においては６５６ｎｍ（Ｒ）近辺、色温度の高い被写体においては４３６ｎｍ（Ｂ）近辺で色収差が発生することが分かる。更に、その両方のスペクトルを同じぐらい含む被写体においては、４３６ｎｍ（Ｂ）と６５６ｎｍ（Ｒ）両方の波長の色収差が発生するため、紫色の色収差が発生し、この色を目立たなくする必要があることが理解できる。従って、本発明では４３６ｎｍ（Ｂ）と６５６ｎｍ（Ｒ）とその両方が混合した色を補正する。

なお、レンズによって特性が異なるため、色収差の補正を行うズーム域及び色相は、レンズ毎に適宜定めればよい。

（色補正の方法）
図３、図４、図５は、撮影レンズ群２０１のズームレンズが１０倍のズーム域にある場合における、色収差の補正パラメータを説明するための図である。

図３に横軸をＢ−Ｙ、縦軸をＲ−Ｙとした色空間を示す。この図３は、彩度が最大値を取り得る輝度値における色空間を示すものとする。領域３０１が第１色補正回路２２０の主たる補正領域で、領域３０２が領域３０１と補正されない領域とをスムーズにつなぐための補正領域である。図３に示す領域３０１の範囲は、Ｂ−Ｙ軸を中心として、３０度開いたブルーからマゼンタ寄りの、彩度が中程度の範囲である。この補正領域は測定および実験の繰り返しによって、補正対象として設定されたものであり、撮影レンズ群２０１にどのような特性のレンズを用いるかによって変化する。

図４は、図３に示す例における、補正量と彩度との関係を表すグラフである。図３で表した彩度の補正範囲外、すなわち、領域３０２外の領域では補正量を０とし、領域３０１で最大の補正量とする。そして領域３０２では、領域３０１から領域３０２外の領域にかかる補正量を線形につなぎ、徐々に補正がかかるようにしている。補正範囲については色相同様に補正すべき波長から直接計算することはできないが、測定および実験の繰り返しにより図のように設定された。

図５は同じく補正量と色相の関係を表すグラフである。図３で表した色相の領域３０２外の領域では補正量は０であり、領域３０１において補正領域で最大の補正量となる。そして領域３０２ではそれぞれの補正量を線形につなぎ、徐々に補正がかかるようにしている。

図４及び図５に示すように補正量を決定すると、決定した補正量分、信号の彩度を下げる。なお、彩度を下げる場合、例えば、入力した画像データが図３に示すように領域３０１内の点ａが示す位置に有る場合、点ａ’が示す値となるように、原点の方向に向かって値を下げるようにする。

図６は、撮影レンズ群２０１のズームレンズが望遠端にある場合の補正範囲の例をＲ−Ｙ、Ｂ−Ｙ色空間で表している。撮影レンズ群２０１のズームレンズは、一例として、望遠端になると色収差が増加し、色収差が青（Ｂ）方向に増加する。その色収差のずれに対応するために、図６の補正領域は青（Ｂ）方向に伸びており、Ｂ−Ｙ軸を中心として、Ｒ−Ｙの正の方向寄りに３０度、Ｒ−Ｙの負の方向よりに６０度開いた領域となっている。

図６では、領域６０１が第１色補正回路２２０の主たる補正領域で、領域６０２が領域６０１と補正されない領域とをスムーズにつなぐための補正領域であり、それぞれ色相と彩度の範囲により定義されている。ここでは説明を省略するが図４、図５と同様に、色相、彩度において、領域６０１を表す領域の補正量を最大とし、領域６０２を表す領域の補正量は、領域６０１の補正量と補正量０とを線形でつなぎ、徐々に補正がかかるようになっているものとする。

本実施の形態の撮像装置の一例として、動画撮影が可能な撮像装置である場合、動画撮影中にズームされる場合があり、ズーム域の変化による補正領域と補正量に段があると、動画としての画質悪化につながる。

図７のグラフはズーム域に応じた補正量の変化を表す。本実施の形態では、ズームレンズの位置に応じて、図３に示す色空間において、特定の色相および彩度の範囲に位置する色の彩度を、画像データの、画像における座標に依存せずに一律に低減させる補正を行う。先述のとおり撮影レンズ群２０１はズーム域が８倍あたりから色収差が増加するレンズ系を例としているので、８倍から補正量を増加させ、望遠端で補正量が最大になるようにしている。色収差の量は線形に増加しており、また動画画質のためにスムーズに補正量が移行するように線形でつながっている。本実施の形態では、補正量の最大値を２５％としている。これは、最も補正を施した場合で、補正を施す前の画像に対して２５％彩度を低下させることを示す。

この図７に示す補正量を基準として、色相および彩度に応じて、図４および図５のグラフで示すように補正量が変化する。つまり、ズーム領域が望遠端（１２倍）であって、かつ、図６に示す領域６０１に位置する色に対しては、彩度を２５％低下させる。ズーム領域が望遠端であって、かつ、図６に示す領域６０２に位置する色に対しては、その色相および彩度に応じて、彩度を０〜２５％の範囲で低下させる。また、ズーム領域が１０倍であって、図３に示す領域３０１に位置する色に対しては、彩度を１２．５％低下させる。ズーム領域が１０倍であって、かつ、図３に示す領域３０２に位置する色に対しては、その色相および彩度に応じて、彩度を０〜１２．５％の範囲で低下させる。

図８のグラフはズーム域に応じた補正領域の色相の変化を表す。本実施の形態における撮影レンズ群２０１を用いると、図３に示すズーム域が１０倍の場合の補正範囲と、図６に示す望遠端における補正範囲との比較からわかるように、望遠端に近づくほど色収差の対象となる色相が青（Ｂ）方向に増加する。さらに、補正対象となる色相の領域が広くなる。従って、図８に示すように望遠端に近付くほど補正開始色相を青（Ｂ）方向にシフトさせる必要があり、また動画画質のためにスムーズに補正量が移行するように線形でつながっている。

図９、図１０は青（Ｂ）を補正対象とする第１色補正回路２２０における、色温度による補正量、補正範囲の変化のグラフである。

図９は色温度による補正量の変化を表すグラフである。被写体の色温度が低いほど画像データに含まれる青（Ｂ）の成分が少なく、色温度が高いほど画像データに含まれる青（Ｂ）の成分が増加する。そのため、色温度が高い被写体について補正量をスムーズに増加させる。

図１０は色温度による補正範囲の開始色相と終了色相である。先述の通り、色温度により画像データに含まれる色成分の比率が変わるため、色収差として現れる色も変わることがあるので、色温度に応じて、補正領域を規定する開始色相・終了色相をスムーズに変化させる。ここでは、色温度が高くなるほど、補正対象とする色相が青（Ｂ）側にシフトする。これに対し、赤（Ｒ）を補正対象とする第２色補正回路２２１においては、被写体の色温度が低いほど、補正量を増加し、色相を赤（Ｒ）側にシフトすることが望ましい。

図９及び図１０における色温度を、撮像素子２０４で結像した信号をＲＧＢなどの色信号に分解して得られたＲとＢの分光積分値の比に置き換えても良い。また、色温度測定素子２２２を設けて外光から直接測定してもよい。

図１１は輝度飽和時等、予め設定された輝度よりも画像の輝度が高い場合に行う色補正範囲の例をＲ−Ｙ、Ｂ−Ｙ色空間で表している。領域１１０１と領域１１０２が第１色補正回路２２０の補正対象となる青（Ｂ）の色補正範囲であり、領域１１０３と領域１１０４が第２色補正回路２２１の補正対象となる色補正範囲を示す。これらの領域も、使用される撮影レンズ群の特性を実験的に求めることによって、それぞれの補正対象とする色相と彩度の範囲が定義される。即ち、第１色補正回路２２０は、図３、図６に示す補正領域の色相、彩度の範囲を示すデータ及び、図１１の領域１１０１、１１０２を示すデータのように、各ズーム域における補正領域を示すデータを有する。そして、前処理回路２０５から入射する画像データがこれらの範囲内に有るかどうかを判断する。第２色補正回路２２１も同様に、各ズーム域における補正領域を示すデータを有し、前処理回路２０５から入射する画像データがこれらの範囲内に有るかどうかを判断する。そして、画像データが第１色補正回路２２０または第２色補正回路２２１が保持する補正領域範囲のいずれかにあると判断された場合、該当する方の補正回路により、上述した方法により彩度が補正される。

図１２は画像を輝度と画素数によるヒストグラム表示した例である。撮像素子２０４で取得した画像を図のようにヒストグラムにし、高輝度成分の割合が予め設定された閾値よりも高い場合に、予め設定された輝度よりも高いと判断してもよい。この輝度検出は、信号処理回路２０７で行っても良いし、絞り２０２の制御のための露出制御の一環として、システム制御部２０８が行うようにしても構わない。

輝度の検出については、ほかにも外光の輝度を測定する素子を別に設けて検出するようにしてもよいし、撮像素子２０４に高輝度用の感度の低い素子を用意してもよい。また動画撮影時のように６０フレーム毎でよければ、高輝度時はシャッタースピードは１／６０より速いはずなのでフレーム間に高速シャッターで輝度の測定を行ってもよい。

図１３は輝度による最大補正量の例を表している。赤（Ｒ）周辺の色収差は輝度が飽和した状態でしか目立たないため、高輝度時のみ補正を行うようにしている。つまり、輝度Ｌ_Ｈを超える高輝度時においてのみ、第２色補正回路２２１が用いられ、図１３に示す補正量に対応する分、彩度を下げる。

なお、この赤（Ｒ）周辺の高輝度時の補正も青（Ｂ）周辺の補正同様に、色相及び彩度によって補正する部分（図１１の領域１１０３）と補正しない部分をスムーズに切り替えるものとする（図１１の領域１１０４）。また、ズーム倍率によって補正量を変えてもよいし、色温度によって補正量を変えてもよい。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、撮影レンズ群２０１のズーム状態に応じて、画像全体に対して一律に、特定の色相および彩度の範囲に位置する色の彩度を低減させる処理を行う。これにより、従来のように、画像データの座標に応じて補正量を変更する必要がないため、コストをかけずに、より簡単な方法で色収差を低減することが可能となる。

本発明の実施の形態における撮影レンズ群の色収差の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるズーム域が１０倍である場合の補正範囲を示す図である。 本発明の実施の形態におけるズーム域が１０倍である場合の彩度方に対する補正量を示す図である。 本発明の実施の形態におけるズーム域が１０倍である場合の色相に対する補正量を示す図である。 本発明の実施の形態におけるズームレンズが望遠端にある場合の補正範囲を示す図である。 本発明の実施の形態におけるズームレンズの倍率に応じた補正量を示す図である。 本発明の実施の形態におけるズーム倍率に応じた補正する色相の範囲を示す図である。 本発明の実施の形態における色温度に応じた補正量を示す図である。 本発明の実施の形態における色温度に応じた補正する色相の範囲の変化を示す図である。 本発明の実施の形態における輝度飽和時の補正範囲を示す図である。 本発明の実施の形態における輝度飽和時の画像の輝度分布を示すヒストグラムである。 本発明の実施の形態における輝度に応じた補正量を示す図である。

符号の説明

２０１ 撮影レンズ群
２０２ 絞り
２０３ 撮像制御部
２０４ 撮像素子
２０５ 前処理回路
２０６ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
２０７ 信号処理回路
２０８ システム制御部
２０９ 画像入出力制御部
２１０ 記憶媒体
２１２ 表示部
２１３ 撮像スイッチ
２２０ 第１色補正回路
２２１ 第２色補正回路

Claims (8)

1. ズームレンズと、
   前記ズームレンズを介して入射した被写体像を受光して、各画素の画像データに変換する撮像素子と、
   前記画像データのうち、前記ズームレンズのズーム倍率に応じて決定される色相及び彩度の範囲にある画像データが表す色の彩度を、当該画像データの色相及び彩度に基づいて決められた補正量に従って、低減する色補正手段とを有し、
   前記補正量は、画像における画像データの画素の位置に依存しないことを特徴とする撮像装置。
2. 前記色補正手段は、前記ズームレンズのズーム倍率が高いほど、前記補正量の最大値を高くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記色補正手段は、前記画像データのうち、前記ズームレンズのズーム倍率が高いほど、前記補正の対象とする色相を広く設定することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 被写体の色温度を測定する測定手段を更に有し、
   前記色補正手段は、被写体の色温度が高いほど、前記補正量を増加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 被写体の色温度を測定する測定手段を更に有し、
   前記色補正手段は、被写体の色温度に応じて、前記範囲を規定する色相を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記色補正手段は、色相及び彩度により表される互いに異なる複数の範囲にある色の彩度をそれぞれ補正する複数の色補正回路を含み、前記複数の範囲のいずれかにある色の彩度を、当該範囲に対応する色補正回路により補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 被写体の輝度を検出する輝度検出手段を更に有し、
   前記複数の色補正回路の少なくとも１つは、予め設定された波長よりも長い波長の色成分に対応する画像データを補正する色補正回路であって、当該色補正回路は、前記輝度検出手段により検出された輝度が、予め設定された輝度より高ければ、画像データの補正を行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. ズームレンズと、前記ズームレンズを介して入射した被写体像を受光して、各画素の画像データに変換する撮像素子とを有する撮像装置により得られる画像データの補正方法であって、
   前記画像データのうち、前記ズームレンズのズーム倍率に応じて決定される色相及び彩度の範囲にある画像データが表す色の彩度を、当該画像データの色相及び彩度に基づいて決められた補正量に従って、低減する色補正工程を有し、
   前記補正量は、画像における画像データの画素の位置に依存しないことを特徴とする画像データの補正方法。

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