JP2010056853A - 逆光判定装置、画像データ処理装置、及びカメラ - Google Patents

逆光判定装置、画像データ処理装置、及びカメラ Download PDF

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Abstract

【課題】カメラについて、逆光状況を適切に判定し、適切な補正を行う。
【解決手段】制御手段は、撮影後の画像データをブロック化し、各ブロックの輝度データを算出する。暗部選択基準値より暗く、かつ、固まりとなったブロックと、明部選択基準値より明るく、かつ、固まりとなったブロックとの数を数える。それぞれのブロックの数が暗部領域数基準値及び明部領域数基準値を超えた場合で、排除条件を満たさない場合に、逆光状況と判定する。逆光状況と判定した場合は、通常時とは異なる特性で輝度データを補正する。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、デジタルカメラに関し、画像データの被写体が逆光状況で撮影されたか否かを判定できる逆光判定装置、画像データ処理装置、及びカメラに関する。
従来、例えば、デジタルカメラなどのカメラについて、本撮影前に取得したプレビューの画像データを解析し、このプレビューの画像データの中心付近の被写体が背景よりも暗い場合に逆光状況と判定し、暗い部分すなわち被写体の明るさを補うためにフラッシュを発光する構成が知られている。この逆光判定は、暗い部分にフラッシュを照射し逆光補正するためのもので、カメラの自動露出(AE)が備えている検出機能である。そして、フラッシュは、画面の中心付近に向けて照射されるため、中心が暗く、周辺が明るいという逆光のパターンで、かつ、被写体がフラッシュの照射光の到達する範囲にある場合のみ、逆光状況と判定している。
しかしながら、上記の逆光判定方法は、フラッシュの照射を前提とするもので、画面の中心は明るく、周囲の建物などが暗い状況では、逆光と判定せず、フラッシュを発光しない。また、仮に、手動操作などでフラッシュを発光しても、フラッシュは画面の中心付近に向けて照射されるとともに、フラッシュの照射光の到達距離には限度があるため、フラッシュの照射光が周辺の暗部に届くことは少なく、画像データに暗くつぶれた領域が生じる問題を有している。
一方、撮影後の画像データを解析し、輝度データの調整などを後処理で行う方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この方法は、画像データに輝度データが小さい(明度の低い)、暗部の領域がある場合に、その暗部の領域の輝度データを補正処理するもので、被写体が黒くつぶれるなどの状況の発生の防止を図っている。
しかしながら、例えば被写体の人物が黒い服を着ている場合には、黒い服の色合いを保持したくとも、必要以上に輝度データを上げる処理が行われ、特定の色やノイズが強く出る場合がある問題を有している。また、例えばチェス盤のようないわばチェッカーボード模様が逆光状況と判定され、撮影対象に適さない補正がされるおそれがある。
特許第4011073号公報 (第4−5頁)
上記のように、従来の逆光判定方法では、被写体の位置及び状況によっては、適切に逆光状況が判定されず、好ましい画像データを提供できない問題を有している。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、逆光状況を適切に判定し、好ましい画像データを提供できる逆光判定装置、画像データ処理装置、及びカメラを提供することを目的とする。
請求項1記載の逆光判定装置は、画像データが逆光状況で撮影されたか否かを判定する逆光判定装置であって、暗部選択基準値、及び暗部領域数基準値を設定する基準値設定手段と、前記画像データを複数の領域に分割し、前記各領域の輝度データを算出する領域輝度算出手段と、前記暗部選択基準値よりも輝度データが小さく、かつ、互いに隣接する前記領域の数を算出して暗部領域数とし、この暗部領域数が前記暗部領域数基準値以上である場合に、逆光状況と判定する判定手段とを具備するものである。
そして、この構成では、被写体の位置にかかわらず、画像データが逆光条件で撮影されたか否かが適切に判定される。そこで、画像データの処理を適切に行うことが可能となり、好ましい画像データの提供が可能になる。
請求項2記載の逆光判定装置は、請求項1記載の逆光判定装置において、基準値設定手段は、暗部類似基準値を設定し、判定手段は、前記暗部選択基準値よりも輝度データが小さく、かつ、互いに隣接する領域との前記輝度データの差が前記暗部類似基準値よりも小さい前記領域の数を算出して暗部領域数とし、この暗部領域数が前記暗部領域数基準値以上である場合に、逆光状況と判定するものである。
そして、この構成では、暗部の状況から、画像データが逆光状況で撮影されたか否かが適切に判定される。
請求項3記載の逆光判定装置は、請求項2記載の逆光判定装置において、基準値設定手段は、明部選択基準値、明部類似基準値、及び明部領域数基準値を設定し、判定手段は、前記明部選択基準値よりも輝度データが大きく、かつ、互いに隣接する領域との前記輝度データの差が前記明部類似基準値よりも小さい前記領域の数を算出して明部領域数とし、この明部領域数が前記明部領域数基準値以上で、かつ、暗部領域数が暗部領域数基準値以上である場合に逆光状況と判定するものである。
そして、この構成では、暗部及び明部の状況から、画像データが逆光状況で撮影されたか否かが適切に判定される。
請求項4記載の逆光判定装置は、請求項1ないし3いずれか一記載の逆光判定装置において、基準値設定手段は、画像データから適正輝度データを算出して設定するとともに、この適正輝度データよりも大きい排除条件値を設定し、判定手段は、この排除条件値以上の輝度データの領域が存在しない場合には、逆光状況と判定しないものである。
そして、この構成では、輝度データの大きい明部が存在しない場合を排除することにより、画像データが逆光条件で撮影されたか否かが適切に判定される。
請求項5記載の画像データ処理装置は、画像データが逆光状況で撮影されたか否かを判定する請求項1ないし4いずれか一記載の逆光判定装置と、前記画像データを構成する各画素の輝度データの補正を行う輝度補正手段とを具備し、前記輝度補正手段は、各画素の輝度データの大小に応じた変換特性に従って各画素の輝度データの補正を行い、第1の変換特性と、この第1の変換特性に対し、輝度の小さい暗部の画素の輝度データを大きくする補正量が小さく設定された第2の変換特性とを備え、前記逆光判定装置が前記画像データを逆光状況と判定しない場合には、前記画像データの各画素の輝度データを前記第1の変換特性に従って補正し、前記逆光判定装置が前記画像データを逆光状況と判定した場合には、前記画像データの各画素の輝度データを前記第2の変換特性に従って補正するものである。
そして、この構成では、輝度補正手段により、各画素の輝度データが補正され、暗部が暗くつぶれることを防止し、好ましい画像データが提供される。逆光判定装置が逆光状況と判定した場合には、暗部の輝度データの補正を抑制することにより、補正量が大きくなりすぎることによる不適切な補正が抑制される。
請求項6記載のカメラは、撮像手段と、この撮像手段から入力された画像データが逆光状況で撮影されたか否かを判定する請求項1ないし4いずれか一記載の逆光判定装置と、この逆光判定装置の判定に応じて、前記画像データの各画素の輝度データを補正する輝度補正手段とを具備したものである。
そして、この構成では、請求項1ないし4いずれか一記載の逆光判定装置を備えたため、適切に逆光状況を判定し、各画素の輝度データの補正を行い、好ましい画像データが提供される。
本発明によれば、被写体の位置にかかわらず、画像データが逆光条件で撮影されたか否かを適切に判定できる。そこで、画像データの処理を適切に行い、好ましい画像データを提供できる。
以下、本発明の逆光判定装置、画像データ処理装置、及びカメラの一実施の形態を図面を参照して説明する。
図2において、10はカメラで、このカメラ10は、いわゆるデジタルスチルカメラであり、撮像手段12で撮影した画像データを、デジタルデータとして記録媒体14に記録するものである。そして、このカメラ10は、ケース20を備え、このケース20に、絞り装置21、レンズ22、電荷結合素子(CCD)である撮像手段12、二重相関サンプリング回路(CDS)24、増幅回路25、アナログデジタル変換器(A/D)26、第1の画像データメモリ27、輝度補正手段を構成する画像データ処理部28、第2の画像データメモリ29、圧縮伸長回路31、タイミングジェネレータ32、メモリコントローラ33、逆光判定装置、基準値設定手段、領域輝度算出手段、判定手段、及び輝度補正手段を構成するCPUを備えた制御手段34、及び電源回路35などが収納されている。また、制御手段34には、作業用のRAMやあらかじめ設定された値を記録したROMなどが接続されている。さらに、このケース20には、液晶パネル(LCD)である表示装置36、操作部37、記録媒体装着部38、図示しない電池を収納する電池収納部39、及び入出力部41などを備えている。そして、このカメラ10は、制御手段34が、絞り装置21、レンズ22、増幅回路25、画像データ処理部28、圧縮伸長回路31、タイミングジェネレータ32、メモリコントローラ33を制御する。さらに、制御手段34が、タイミングジェネレータ32を介して、撮像手段12、二重相関サンプリング装置回路24、アナログデジタル変換器26を制御する。さらに、制御手段34が、メモリコントローラ33を介して、第1の画像データメモリ27、及び第2の画像データメモリ29を制御する。
そして、このカメラ10は、絞り装置21及びレンズ22を介して取り込まれた被写体の光を撮像手段12で電気信号に変換する。そして、撮像手段12から出力された電気信号は、二重相関サンプリング回路24で信号処理され、アナログデジタル変換器26で多数のR(赤)、G(緑)、B(青)の画素の輝度データ(階調値)からなる画像データに変換される。そして、この画像データは、第1の画像データメモリ27に一時記録される。そして、第1の画像データメモリ27に一時記録された画像データは、画像データ処理部28で輝度すなわち階調やホワイトバランスなどについて処理され、表示装置36で表示されるとともに、第2の画像データメモリ29に記録される。さらに、第2の画像データメモリ29に記録された画像データは、圧縮伸長回路31で圧縮処理され、記録媒体14に画像データとして記録される。
そして、このカメラ10は、使用者が操作部37を操作することにより、状態が切り替えられ、例えば本撮影前のプレビューモードでは、撮像手段12は一定間隔で連続的に電気信号を出力し、画像データ処理部28から出力された画像データが表示装置36に表示される。そして、制御手段34は、自動露出制御(AE)として、適正露出となるように絞り装置21の開口度を制御するとともに、撮像手段12の露光時間を設定し、また、自動焦点制御(AF)として、目的の被写体の象が撮像手段12で焦点を結ぶようにレンズ22を制御する。
ここで、制御手段34は、第1の画像データメモリ27に記録された画像データを解析し、自動的に、あるいは操作者の操作部37の操作に応じて、自動露出制御及び自動焦点制御を行う。すなわち、多数の画素の輝度データからなる画像データを縦横所定数のブロックに分割し、各ブロック毎にRGBの輝度データの平均値を算出し、各ブロック毎の輝度データを算出する。そして、このブロックの輝度データを利用し、撮影状況(シーン)や被写体の位置などを判定し、適正輝度データを算出して設定し、被写体に応じた適切な自動露出制御を行う。
そして、使用者が操作部37のシャッタを半押し操作することにより、撮影準備の状態となり、露出及び焦点を確定し、さらに、使用者が操作部37のシャッタを全押し操作することにより、本撮影の状態となり、撮像手段12は制御手段34に制御された所定の露光時間だけ露光を行い、蓄積した電荷による電気信号を出力し、第1の画像データメモリ27を介し、画像データ処理部28で処理された画像データを第2の画像データメモリ29を介して記録媒体14に記録する。
ここで、制御手段34は、第1の画像データメモリ27あるいは第2の画像データメモリ29に記録された画像データを解析して画像データの状況を把握し、自動的に、あるいは操作者の操作部37の操作に応じて、画像データ処理部28を制御し、適切な画像データ処理を行い、好ましい画像データを提供する。
そして、制御手段34が行う画像データ処理方法は、例えば、輝度の大小に応じて各画素の輝度データを補正する入出力特性が非線形の階調補正であり、黒つぶれを防止するため、輝度データが小さい(明度が低い)領域すなわち暗部の輝度データを上げるいわば通常の明度アップ処理である第1の変換特性、及び、制御手段34が画像データを解析して逆光状況と判定した場合にいわば後処理で適用される逆光補正である第2の変換特性を適用する。そして、この第2の変換特性は、第1の変換特性に比べて、暗部の輝度データを上げる程度を低減させ、より自然な画像データを出力できるように設定されている。
次に、この制御手段34が画像データが逆光条件で撮影されたか否かを判定する逆光判定方法を説明する。
この逆光判定方法では、自動露出制御と同じく、多数の画素の輝度データからなる画像データを縦横所定数のブロックに分割し、例えば、図3に示す画像を撮影した画像データに対して、画像データの全体あるいは一部について、図4に示すように、12×8、すなわち、横12、縦8の領域としてのブロック(図4に示すA)に分割し、各ブロック毎にRGBの輝度データの平均値を算出し、このRGBの平均値から各ブロック毎の輝度データを算出する。なお、RGBの輝度データの平均値を算出する際は、輝度データが最大値となっているいわゆる飽和画素も含めて算出する。
そして、この各ブロック毎の輝度データを、適正輝度データすなわち適正露出からのずれである輝度差(delta〔EV〕)で表現する。そして、ここでは、適正露出のブロックを0EVとし、露出アンダーに撮影されているブロックは負の数値で表現し、露出オーバーで撮影されているブロックは正の数値で表現する。なお、EVはいわゆる露出値であり、露光時間が半分あるいは倍になるごとに、値は1増減する。
次いで、図1に示すように、白クラスタ検出、黒クラスタ検出、クラスタ数判定、及び排除条件の判定を行う。
先ず、白黒クラスタ検出(ステップ1)として、輝度すなわち明度の小さいブロックが所定数以上の固まりで存在する場合に、黒クラスタ(図4に示すCb)とし、この黒クラスタに含まれるブロック数を数え、輝度すなわち明度の大きいブロックが所定数以上の固まりで存在する場合に、白クラスタ(図4に示すCw)とし、この白クラスタに含まれるブロック数を数える。
そして、明るいブロックを検出する白クラスタ検出として、以下のW1からW3の条件に従い白クラスタを検出し、これらの白クラスタに含まれるブロックの数を数える。
W1.あらかじめ設定された明部選択基準値より大きい輝度データすなわち適正露出から大きな輝度差を有する明るいブロックであること。ここでは、輝度差delta > +1.5〔EV〕とする。
W2.次いで、明るいブロックについて、その周辺のブロックも同様に明るいかを判断する。すなわち、明るいブロックであっても、隣接したブロックに輝度データが類似する、すなわち輝度差があらかじめ設定された明部類似基準値よりも小さいブロックが存在しない孤立ブロックは排除する。ここでは、輝度差delta の差が ±0.6〔EV〕以内のブロックが最低1個隣接すれば、同類のクラスタとして、条件を満たすものとして、ブロック数を数える。
W3.さらに、W2の条件で、孤立するとして排除されたブロックについても、隣接するブロックがあらかじめ設定された明部例外基準値よりも暗い場合には、条件を満たすものとして、ブロック数を数える。ここでは、隣接するブロックの最低1個との輝度差delta が 1.5〔EV〕より大きく、かつ、暗い(輝度差delta < −1.5〔EV〕)ブロックが最低1個隣接すれば、条件を満たすものとして、ブロック数を数える。
このようにして、W1かつW2の条件を満たすブロック数及びW1かつW3の条件を満たすブロック数を合計し、明部領域数として記録する。
また、暗いブロックを検出する黒クラスタ検出として、以下のB1からB3の条件に従い黒クラスタを検出し、これらの黒クラスタに含まれるブロックの数を数える。
B1.あらかじめ設定された暗部選択基準値より小さい輝度データすなわち適正露出から大きな輝度差を有する暗いブロックであること。ここでは、輝度差delta < −3.0〔EV〕とする。
B2. 次いで、暗いブロックについて、その周辺のブロックも同様に暗いかを判断する。すなわち、暗いブロックであっても、隣接したブロックに輝度データが類似する、すなわち輝度差があらかじめ設定された暗部類似基準値よりも小さいブロックが存在しない孤立ブロックは排除する。ここでは、輝度差delta の差が ±0.4〔EV〕以内のブロックが最低1個隣接すれば、同類のクラスタとして、条件を満たすものとして、ブロック数を数える。
B3.さらに、B2の条件で、孤立するとして排除されたブロックについても、隣接するブロックがあらかじめ設定された暗部例外基準値よりも明るい場合には、条件を満たすものとして、ブロック数を数える。ここでは、隣接するブロックの最低1個との輝度差delta が 3.0〔EV〕より大きく、かつ、明るい(輝度差delta > −3.0〔EV〕)ブロックが最低1個隣接すれば、条件を満たすものとして、ブロック数を数える。
このようにして、B1かつB2の条件を満たすブロック数及びB1かつB3の条件を満たすブロック数を合計し、暗部領域数として記録する。
次に、クラスタサイズ判定(ステップ2)として、明部領域数及び暗部領域数がそれぞれ所定数以上あり条件を満たすか判定する。
ここでは、単数あるいは複数の黒クラスタに含まれるブロックの数が、全ブロック数に対する割合としてあらかじめ設定された暗部領域数基準値である例えば全ブロック数の1/4以上すなわちここでは24以上存在し、かつ、単数あるいは複数の白クラスタに含まれるブロックの数が、全ブロック数に対する割合としてあらかじめ設定された明部領域数基準値である例えば全ブロック数の1/16以上すなわちここでは6以上存在する場合に、クラスタサイズ判定の条件を満たすとする。
次に、クラスタサイズ判定の条件を満たした場合に、排除条件の判定(ステップ3)として、所定値すなわちあらかじめ定められた排除条件値以上大きい輝度データのブロックが存在するかを判定する。
ここでは、制御手段34は、画像データから算出した適正輝度データに応じた調整値である排除条件値を算出して設定し、例えば、適正輝度データによりも2.0〔EV〕大きい値を排除条件値として設定し、この場合、輝度データのヒストグラムを見て、適正露出から輝度差delta >+2.0〔EV〕以上のブロックが存在しない場合には、逆光状況と判定せず、適正露出から輝度差delta >+2.0〔EV〕以上のブロックが存在する場合に、逆光状況と判定する。
このように上記の条件を満たした場合に、逆光状況と判定し(ステップ4)、画像データに逆光用補正、すなわち第2の変換特性を適用して階調補正を行う(ステップ5)。また、上記の条件を満たさない場合には、逆光状況とは判断せず(ステップ6)、画像データに通常補正、すなわち第1の変換特性を適用して階調補正を行う(ステップ7)。
このように、本実施の形態によれば、逆光状況を判定して画像データの暗部を後処理で補正する画像データ処理方法において、輝度データの小さい画素が所定範囲以上の固まりで存在する場合に、逆光状況と判定することにより、さらに、輝度データの小さい画素が第1の所定範囲以上、輝度データの大きい画素が第2の所定範囲以上の固まりで存在する場合に逆光状況と判定することにより、暗部及び明部の状況から、被写体の位置にかかわらず、すなわち、図5に示すように、被写体が中心に存在する場合のみならず、図4に示すように、被写体が中心にいない場合でも、画像データが逆光状況で撮影されたか否かを適切に判定できる。
また、単にブロックの数を数えるのではなく、固まりとなったブロックを数えることにより、画像処理での補正を意図している逆光条件を検出できる。
さらに、固まりとなったブロックとともに、輝度差が大きいブロックが隣接するブロックは数えることにより、画像処理での補正を意図している逆光条件を検出できる。
さらに、逆光状況の判定では、輝度データの大きい明部が存在しない場合を排除することにより、画像データが逆光条件で撮影されたか否かを適切に判定できる。
そこで、画像データが逆光状況で撮影されたか否かに応じて、画像データの輝度補正処理(明度処理)を適切に行うことができ、好ましい画像データを提供できる。
また、画像データの補正については、各画素の輝度データを補正し、暗部が暗くつぶれることを防止して、好ましい画像データを提供できる。そして、逆光状況と判定した場合には、暗部の輝度データの補正を抑制することにより、補正量が大きくなりすぎることによる不適切な補正を抑制し、特定の色やノイズが強くでることを防止し、好ましい画像データを提供できる。
また、逆光状況の判定には、自動露出制御のための輝度データのブロック化の処理を流用できるため、プログラムや構成を簡略化して、製造コストを低減できる。
なお、閾値となる各基準値は、あらかじめ一定の値としてROMに記録した値を用いることもでき、また、画像データから算出した適正輝度データに応じて線形あるいは非線形に設定することもできる。
また、カメラ10は、図示しないフラッシュを備えることで、フラッシュによる撮影時の逆光補正とあわせて上記の撮影後の逆光補正を行うこともできる。
また、逆光状況の判定及び画像データの補正は、撮影の直後に自動的に行っても良く、また、操作者の操作により各画像データに適宜適用することもできる。
さらに、デジタルビデオカメラに適用し、逆光状況の判定及び画像データの補正を、動画を構成する各画像データに適用することもできる。
本発明は、例えば、デジタルスチルカメラに適用できる。
本発明の一実施の形態を示す逆光判定装置及び画像データ処理装置を備えたカメラの動作を説明するフローチャートである。 同上カメラのブロック図である。 同上カメラにより撮影される画像の説明図である。 同上逆光判定装置の動作の説明図である。 同上逆光判定装置の動作の説明図である。
符号の説明
10 カメラ
12 撮像手段
28 輝度補正手段を構成する画像データ処理部
34 逆光判定装置、基準値設定手段、領域輝度算出手段、判定手段、及び輝度補正手段を構成する制御手段

Claims (6)

  1. 画像データが逆光状況で撮影されたか否かを判定する逆光判定装置であって、
    暗部選択基準値、及び暗部領域数基準値を設定する基準値設定手段と、
    前記画像データを複数の領域に分割し、前記各領域の輝度データを算出する領域輝度算出手段と、
    前記暗部選択基準値よりも輝度データが小さく、かつ、互いに隣接する前記領域の数を算出して暗部領域数とし、この暗部領域数が前記暗部領域数基準値以上である場合に、逆光状況と判定する判定手段と
    を具備することを特徴とする逆光判定装置。
  2. 基準値設定手段は、暗部類似基準値を設定し、
    判定手段は、前記暗部選択基準値よりも輝度データが小さく、かつ、互いに隣接する領域との前記輝度データの差が前記暗部類似基準値よりも小さい前記領域の数を算出して暗部領域数とし、この暗部領域数が前記暗部領域数基準値以上である場合に、逆光状況と判定する
    ことを特徴とする請求項1記載の逆光判定装置。
  3. 基準値設定手段は、明部選択基準値、明部類似基準値、及び明部領域数基準値を設定し、
    判定手段は、前記明部選択基準値よりも輝度データが大きく、かつ、互いに隣接する領域との前記輝度データの差が前記明部類似基準値よりも小さい前記領域の数を算出して明部領域数とし、この明部領域数が前記明部領域数基準値以上で、かつ、暗部領域数が暗部領域数基準値以上である場合に逆光状況と判定する
    ことを特徴とする請求項2記載の逆光判定装置。
  4. 基準値設定手段は、画像データから適正輝度データを算出して設定するとともに、この適正輝度データよりも大きい排除条件値を設定し、
    判定手段は、この排除条件値以上の輝度データの領域が存在しない場合には、逆光状況と判定しない
    ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一記載の逆光判定装置。
  5. 画像データが逆光状況で撮影されたか否かを判定する請求項1ないし4いずれか一記載の逆光判定装置と、
    前記画像データを構成する各画素の輝度データの補正を行う輝度補正手段とを具備し、
    前記輝度補正手段は、
    各画素の輝度データの大小に応じた変換特性に従って各画素の輝度データの補正を行い、第1の変換特性と、この第1の変換特性に対し、輝度の小さい暗部の画素の輝度データを大きくする補正量が小さく設定された第2の変換特性とを備え、
    前記逆光判定装置が前記画像データを逆光状況と判定しない場合には、前記画像データの各画素の輝度データを前記第1の変換特性に従って補正し、
    前記逆光判定装置が前記画像データを逆光状況と判定した場合には、前記画像データの各画素の輝度データを前記第2の変換特性に従って補正する
    ことを特徴とする画像データ処理装置。
  6. 撮像手段と、
    この撮像手段から入力された画像データが逆光状況で撮影されたか否かを判定する請求項1ないし4いずれか一記載の逆光判定装置と、
    この逆光判定装置の判定に応じて、前記画像データの各画素の輝度データを補正する輝度補正手段と
    を具備したことを特徴とするカメラ。
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