JP2010239184A - 撮像装置及びその画像調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示開始当初から少なくとも明るさが良好に調整されたスルー画を表示する。
【解決手段】デジタルカメラ１０は、ＣＣＤ１８、ＬＥＤ１９、信号処理部２１、システムコントローラ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４、操作部２５、ＬＣＤ２６、位置・方位検出部２７、カレンダー・時計部２８、メモリカード２９、ストロボ装置３０、ＬＥＤ駆動部３１、及びＬＥＤ信号処理部３２からなる。システムコントローラ２２は、位置・方位検出部２７から撮影レンズが向いている方位及び撮影場所の位置座標、カレンダー・時計部２８からの日時に基づいて、撮影場所から望む太陽の方位と撮影レンズが向いている方向との関係を求め、逆光か否かを判別するとともに、スルー画がＬＣＤ２６に表示される前に、逆光の場合と逆光以外の場合とのそれぞれについて、周辺光量に基づいて、信号処理部２１のゲイン調整のレベルを設定する。
【選択図】図２

Description

撮像素子から出力された画像信号を調整する撮像装置及びその画像調整方法に関し、更に詳しくは撮像素子から出力された画像信号をいわゆるスルー画が表示される前に調整する撮像装置及びその画像調整方法に関する。

従来からＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサの撮像素子を備えたデジタルカメラ等の撮像装置が周知である。このような撮像装置では、撮像素子が光学画像を光電変換して出力した画像信号を増幅するアンプのゲインを調整（感度補正）して、撮像される画像の明るさが正常になるようにしている。例えば、特許文献１記載のデジタルカメラ（電子カメラ）では、画像の明るさの不均一性を補正するシェーディング補正が不十分である場合、非遮光状態で撮像された本画像のデータと、遮光状態で撮像された暗黒画像のデータとを用いて、シェーディング補正を行うようにしている。

特開２００８−１１３１３２号公報

上記特許文献１記載の電子カメラでは、実際に撮影された本画像のデータを用いてシェーディング補正を行なっている。このため、本画像を撮影する前に、ＬＣＤ等の表示部にいわゆるスルー画が表示されるが、このスルー画についてはなんらの補正もなされていないから、スルー画の明るさや色合いなどが良好ではないという問題点がある。スルー画の画像データを取得してから、この画像データに基づいて、次に表示されるスルー画から明るさ等を補正して表示することはできるが、正常なスルー画が表示されるまでに時間がかかるという問題点がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、表示開始当初から少なくとも明るさが良好に調整されたスルー画を表示することができる撮像装置及びその画像調整方法を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、撮影レンズにより結像される光学画像を画像信号に光電変換する撮像素子と、前記撮影レンズが向いている方位を検出する方位検出部と、撮影場所の位置座標を検出する座標検出部と、周辺光量の測定を行なう光量測定部と、撮影時の日時を計測する日時計測部と、前記方位、位置座標、日時に基づいて、前記撮影場所から望む太陽の方位と撮影レンズが向いている方向との関係を求め、逆光か否かを判別する逆光判別部と、前記画像信号に基づくスルー画が所定の表示部に表示される前に、前記逆光の場合と逆光以外の場合とのそれぞれについて、前記周辺光量に基づいて、前記画像信号を増幅するアンプのゲインを予め調整するゲイン調整部とを備えたことを特徴とする。

前記周辺光量と日時に基づいて、室外か否か、室外である場合には、更に晴天か雨天か、の撮影環境を判別する撮影環境判別部と、前記画像信号に対して施すべきホワイトバランス補正の設定を、前記スルー画が表示される前に、前記撮影環境に基づいて予め行なうホワイトバランス補正設定部とを設けることが好ましい。

前記光量測定部は、前記撮影レンズのオートフォーカス用、またはセルフタイマー表示用に使用されるＬＥＤを兼用することが好ましい。

本発明の撮像装置の画像調整方法は、撮像素子に光学画像を結像させる撮影レンズが向いている方位を検出する方位検出ステップと、撮影場所の位置座標を検出する座標検出ステップと、周辺光量の測定を行なう光量測定ステップと、撮影時の日時を計測する日時計測ステップと、前記方位、位置座標、日時に基づいて、前記撮影場所から望む太陽の方位と撮影レンズが向いている方向との関係を求め、逆光か否かを判別する逆光判別ステップと、前記撮像素子が光学画像を光電変換して出力する画像信号に基づくスルー画が所定の表示部に表示される前に、前記逆光の場合と逆光以外の場合とのそれぞれについて、前記周辺光量に基づいて、前記画像信号を増幅するアンプのゲインを予め調整するゲイン調整ステップとからなることを特徴とする。

前記周辺光量と日時に基づいて、室外か否か、室外の場合には、更に晴天か雨天か、の撮影環境を判別する撮影環境判別ステップと、前記画像信号に対して施すべきホワイトバランス補正の設定を、前記スルー画が表示される前に、前記撮影環境に基づいて予め行なうホワイトバランス補正設定ステップとを設けることが好ましい。

本発明によれば、撮影レンズが向いている方位、撮影場所の位置座標、日時に基づいて、撮影場所から望む太陽の方位と撮影レンズが向いている方向との関係を求め、逆光か否かを判別するとともに、スルー画が所定の表示部に表示される前に、逆光の場合と逆光以外の場合とのそれぞれについて、周辺光量に基づいて、画像信号を増幅するアンプのゲインを予め調整するので、表示開始当初から少なくとも明るさが良好に調整されたスルー画を表示することができる。また、予め少なくともゲイン調整（請求項２ではホワイトバランス補正も）が完了している状態で待機している結果、シャッタボタンを押圧する等の撮影開始指示操作を行なってから実際に撮影が行なわれるまでの時間（タイムラグ）が短く、手振れを起こしにくく、シャッタチャンスを逃さないという効果も奏する。また、光量測定部として、撮影レンズのオートフォーカス用、またはセルフタイマー表示用に使用されるＬＥＤを兼用すれば、スペース的に有利になるとともに、コンパクト化やコストダウンに寄与できる。

本発明の第１実施形態であるデジタルカメラを示す斜視図である。 デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 デジタルカメラの主なシーケンスを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態であるノートパソコンの外観を示す斜視図である。 ノートパソコンの電気的構成を示すブロック図である。

本発明の第１実施形態の外観を示す図１において、デジタルカメラ１０の前面には、撮影レンズ１１、ストロボ発光部１２、及びオートフォーカス（ＡＦ）補助光投光窓１３が設けられている。デジタルカメラ１０の上面には、シャッタレリーズの際に操作されるシャッタボタン１４、及びデジタルカメラ１０の電源のオン／オフ切り替えを行う電源ボタン１５が配設されている。

撮影レンズ１１は、焦点距離を可変できるズームレンズであり、撮影レンズ１１の後方には、ＣＣＤイメージセンサ（以下ＣＣＤという）１８（図２参照）が配置されている。ＡＦ補助光投光窓１３の背後には、コントラスト検出方式のＡＦを行う際に、ＡＦ補助光である近赤外光（波長８００〜２５００ｎｍの光）を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）１９（図２参照）が設けられている。このＬＥＤ１９は、ＡＦ補助光を発光しないときには、詳しくは後述するように、周辺光量を測定する光量測定部として機能する。

図２に示すように、デジタルカメラ１０は、上述したＣＣＤ１８、ＬＥＤ１９の他、信号処理部２１、システムコントローラ２２などから構成される。ＣＣＤ１８は、撮影レンズ１１から入射する被写体の光学画像をアナログの画像信号に光電変換する。信号処理部２１は、ＣＣＤ１８から出力された画像信号に対して、ゲイン調整やホワイトバランス（ＷＢ）補正、Ａ／Ｄ変換処理などの各種信号処理を施し、デジタルの画像データに変換してシステムコントローラ２２に入力する。

システムコントローラ２２は、信号処理部２１から入力されたデジタルの画像データに対して、階調変換、γ補正処理などの各種画像処理を施す。このシステムコントローラ２２には、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４、操作部２５、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２６、位置・方位検出部２７、カレンダー・時計部２８、メモリカード２９、ストロボ装置３０、ＬＥＤ駆動部３１、及びＬＥＤ信号処理部３２が接続されている。

ＲＯＭ２４には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。システムコントローラ２２は、これらの情報をＲＯＭ２４から作業用メモリであるＲＡＭ２３に読み出して各種処理を実行する。ＲＡＭ２３は、上記作業用メモリの他に、信号処理部２１から出力されたデジタルの画像データを一旦格納するバッファメモリ等としても機能する。

操作部２５は、レリーズボタン１４や電源ボタン１５、撮像レンズ１１のズーム倍率を変更するズーム操作スイッチ、ＬＣＤ２６にメニュー画面を表示させるメニューボタン、メニュー画面内でカーソルを移動させるカーソル操作ボタン、選択内容を決定する際に操作される決定ボタンなどからなる。システムコントローラ２２は、この操作部２５の操作に連動して、デジタルカメラ１０の各部の動作を制御する。

位置・方位検出部２７は、ＧＰＳ衛星からの位置座標データを受信して撮影場所の位置座標（経緯度など）を一定の間隔で検出するＧＰＳ装置と、地球の地磁気を検出して撮影レンズ１１が向いている方位を検出する電子コンパスとを内蔵している。カレンダー・時計部２８（日時計測部）は、日時データを常時システムコントローラ２２に入力する。

ストロボ装置３０は、ストロボ発光部１２を含むとともに、電荷を蓄積するコンデンサ等から構成され、システムコントローラ２２の指令に応じてストロボ発光部１２を発光させる。

ＬＥＤ駆動部３１は、システムコントローラ２２の指令に応じてＬＥＤ１９を駆動し、ＬＥＤ１９からＡＦ補助光を発光させる。ＬＥＤ１９がＡＦ補助光の発光光源として使用されていないとき、ＬＥＤ１９は、ＡＦ補助光投光窓１３を介して入射される周辺光量に比例した電流を出力する。ＬＥＤ信号処理部３２は、ＬＥＤ１９からの出力電流を増幅してシステムコントローラ２２に入力する。この場合、ＬＥＤ１９は、周辺光量を測定する光量測定部として機能する。ＡＦ補助光の発光光源としてのＬＥＤの他に、光量測定部として別のＬＥＤを設ける必要がないので、省スペース及びコストダウンに寄与できる。

システムコントローラ２２は、ＬＥＤ信号処理部３２から入力されたＬＥＤ１９からの出力電流を所定の閾値と比較することにより、撮影環境が、室外か室内か、室外であれば晴天か雨天か、晴天であれば逆光か否かの判定を行ない、それぞれの撮影環境に対応した信号処理部２１によるゲイン調整やＷＢ補正の設定を、スルー画がＬＣＤ２６に表示される前に行なう。なお、ＷＢ補正の設定は、室外か室内か等の各種の撮影環境毎に予め決められており、撮影環境とＷＢ補正との関係が、予めルックアップテーブル（ＬＵＴ）としてＲＯＭ２４に記憶されている。このＬＵＴを参照してＷＢ補正の設定を行なうシステムコントローラ２２はホワイトバランス補正設定部を構成する。

このように構成されたデジタルカメラ１０の作用について図３のフローチャートに従って説明する。なお、括弧内のｓｔ（ステップの意）１等は、図３に示すｓｔ１等に対応する。電源ボタン１５を押圧して電源がオンにされるか、スタンバイモードになった状態からシャッタボタン１４を半押し（軽く押圧）して復帰すると（ｓｔ１）、ＬＥＤ１９の出力電流がＬＥＤ信号処理部３２で増幅された後、システムコントローラ２２に入力される（ｓｔ２）。

システムコントローラ２２は、ＬＥＤ１９の出力電流を閾値αと比較する（ｓｔ３）。ＬＥＤ１９の出力電流が閾値α以上に大きい場合、屋外で晴天であると判定し（ｓｔ４）、位置・方位検出部２７から入力される撮影場所の位置座標及び撮影方位と、カレンダー・時計部２８から入力される日時データとから、撮影場所から見える太陽の方向と、撮影レンズ１１が向いている方向とを求め、これらの方向が一致していれば逆光であり、そうでなければ逆光ではない（非逆光）、と判定する（ｓｔ５）。この場合、システムコントローラ２２は、逆光判別部として機能する。

システムコントローラ２２は、逆光、非逆光のそれぞれについて、スルー画表示で被写体が適正に表示されるように、ＬＥＤ１９の出力電流に基づいて、信号処理部２１のゲイン調整を最適なレベルに設定する（ｓｔ６）。また、逆光か非逆光かによって、システムコントローラ２２は、ＲＯＭ２４に格納されたＬＵＴを参照して、ＷＢ補正の設定を行なう（ｓｔ７）。

ＬＥＤ１９の出力電流が閾値α未満で閾値β以上である場合（ｓｔ８）、システムコントローラ２２は、室外で雨天又は室内の場合であると判定し（ｓｔ９）、ＬＥＤ１９の出力電流に応じて、信号処理部２１のゲイン調整を最適なレベルに設定する（ｓｔ１０）。また、システムコントローラ２２は、ＲＯＭ２４に格納されたＬＵＴを参照して、室外で雨天又は室内に対応するＷＢ補正の設定を行なう（ｓｔ１１）。なお、正確には、室外で雨天と室内とでは、色温度が異なり、特に室内の照明光源によっては、大きく異なるが、例えば、現代家屋で最もポピュラーな蛍光灯光源に合わせたＷＢ補正の設定を行なうこととする。

ＬＥＤ１９の出力電流が閾値β未満である場合（ｓｔ８）、システムコントローラ２２は、カレンダー・時計部２８から入力される日時データに基づいて、日没後か否かの判別を行ない（ｓｔ１２）、ＬＥＤ１９の出力電流に応じて、信号処理部２１のゲイン調整を最適なレベルに設定する（ｓｔ１３）。また、日没後か否かによって、システムコントローラ２２は、ＲＯＭ２４に格納されたＬＵＴを参照して、ＷＢ補正の設定を行なう（ｓｔ１４）。

続いて、ＣＣＤ１８からフィールド画が読み出され、信号処理部２１において、上述したように各撮影状況に応じて適切に設定されたゲイン調整やＷＢ補正が行なわれ、システムコントローラ２２に入力される。システムコントローラ２２は、フィールド画の画像データをＲＡＭ２３に一時的にストアした後、ＲＡＭ２３の書き込み前、又は読み出し後に、ＲＧＢ３色で表される画像データを輝度（Ｙ）及び色差（Ｃｒ，Ｃｂ）で表される画像データに変換するＹＣ変換を行ない、輝度及び各色差で色再現を行うＹＣ系において適切な色再現となるように色補正してから、ＬＣＤ２６に送り、スルー画を表示させる（ｓｔ１５）。このように、ＬＣＤ２６に表示されるスルー画は、予めほぼ適切に設定されたゲイン調整やＷＢ補正が施され、更に色補正されているから、従来のスルー画に比べて、当初から良好な画質で表示される。

上記ステップ５（ｓｔ５）において、逆光であると判定されていた場合、スルー画の表示画面に、「撮影時では逆光モードに移行し、ストロボが発光されます」等の警告文が表示される（ｓｔ１６）。また、上記ステップ１２（ｓｔ１２）において、日没後であると判定されていた場合、スルー画の表示画面に、「撮影時では夜間モードに移行し、ストロボが発光されます」等の警告文が表示される（ｓｔ１６）。

スルー画が表示されるようになると、システムコントローラ２２は、スルー画の画像データに基づいて、あらためて逆光等の判定を行ない、信号処理部２１のゲイン調整やＷＢ補正の再設定を行なう（ｓｔ１７）。

所望のタイミングでシャッタボタン１４を全押し操作する（ｓｔ１８）と、撮影（本番撮影）が行なわれる（ｓｔ１９）。この撮影では、ＣＣＤ１８の電荷を強制的にドレインしてから、ＣＣＤ１８の光電変換を開始する。この時、逆光や日没後であると判定されていた場合には、ストロボ装置３０が駆動され、ストロボ発光部から被写体に向かってストロボ光が照射される。露光時間が経過すると、ＣＣＤ１８の光電変換を停止する。

ＣＣＤ１８からフレーム画が読み出され、信号処理部２１でゲイン調整、ＷＢ補正、及びＡ／Ｄ変換された画像データがシステムコントローラ２２に入力される。システムコントローラ２２は、階調変換、γ補正処理などの各種画像処理を施した後、この画像データをＲＡＭ２３に一旦書き込んでから、圧縮処理を施してメモリカード２９に記録する（ｓｔ２０）。

本実施形態では、ＬＥＤからの出力電流の大小によって周辺光量を測定したが、ＬＥＤからの出力電圧でもよく、また、ＬＥＤの代わりに、ＣＭＯＳセンサや太陽電池等、受ける光量の多少によって出力する電流や電圧が変化するデバイスであれば用いることができる。

次に、本発明の第２実施形態であるカメラ付きのノート型パーソナルコンピュータ（以下、単にノートパソコンという）について説明する。なお、上記第１実施形態で説明した部材と同じものについては、同じ符号を付してその説明は省略する。図４に示すように、ノートパソコン４０は、キーボード４１やタッチパッド４２等の操作部４３（図５参照）、押圧する毎に電源のオン／オフを切り替える電源ボタン４４を備えた本体４５に、ヒンジ部４６を介して液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４７が開閉自在に設けられている。そして、ＬＣＤ４７の枠部４８の上部には、小型のカメラ部４９が設けられている。

図５に示すように、ノートパソコン４０は、本体４５にマザーボード５０が内蔵され、これに装着されたＣＰＵ５１によって全体の制御が行なわれる。マザーボード５０には、上述した操作部４３、電源ボタン４４、ＬＣＤ４７、カメラ部４９の他、上記第１実施形態と同様のＲＡＭ２３、位置・方位検出部２７、カレンダー・時計部２８が接続され、更にハードディスクドライブ（ＨＤＤ）５２が接続されている。このＨＤＤ５２には、オペレーティングシステム（ＯＳ）をはじめ、各種のプログラムやデータの他、カメラ部４９で撮像された画像データが記憶される。

カメラ部４９は、撮影レンズ５４、ＣＭＯＳイメージセンサ５５、及び信号処理部５６からなり、ネット会議等を行なう際にユーザの顔を撮像する他、顔認証を行なう際に使用される。この顔認証は、ノートパソコン４０の電源がオンにされた直後に行なわれるが、顔画像のスルー画が最初から良好な画質でＬＣＤ４７に表示されるように、電源オン直後のカメラ部４９は、上記第１実施形態のＬＥＤ１９及びＬＥＤ信号処理部３２と同様に、周辺光量の測定用に使用される。

また、本実施形態の場合、ＣＭＯＳイメージセンサ５５から出力される画像信号を使用するため、カメラ部４９は、周辺光量の測定だけでなく、色温度の測定用にも使用でき、上記第１実施形態の撮影環境だけによるＷＢ補正の設定よりも正確なＷＢ補正の設定を行なうことができる。ＣＭＯＳイメージセンサ５５からの画像信号に基づくＷＢ補正の設定以外は、上記第１実施形態と同様であるから、以下の説明は省略する。

以上説明した実施形態は、本発明をデジタルカメラやノートパソコンに適用した例であったが、本発明はこれに限定されることなく、例えばカメラ付き携帯電話やカメラ付きＰＤＡ（Personal Digital Assistant）に適用してもよい。

一対の胴体部をヒンジ部で連結した折り畳み式のカメラ付き携帯電話に本発明を適用した場合、一対の胴体部を互いに開いた際に露呈されるヒンジ部の内側にカメラ部を設けるとともに、一方の胴体部に設けられた送話口の近傍に赤外ＬＥＤを設けることにより、カメラ付き携帯電話で指の静脈撮影による生体認証を行なうことができる。

ユーザの指の腹をカメラ部側に向けるとともに指の側部を赤外ＬＥＤの照射口に当て、一対の胴体部で指を挟むようにして、一対の胴体部の間に指を保持する。赤外ＬＥＤを発光すると、赤外ＬＥＤから照射された赤外線により、指の静脈が照らし出される。カメラ部が駆動して指の静脈が撮影され、予め登録されていたユーザ本人の指の静脈画像との照合が行なわれる。これにより、生体認証によるユーザ確認が行なわれる。

一対の胴体部の間に指を挟んだ状態で、ヒンジ部の内側に設けたカメラ部が指の腹側を撮影するため、指の腹側の明るさは外光よりもはるかに暗いため、逆光撮影になる。そこで、カメラ部が撮影を開始する前に、上記第１実施形態と同様に、赤外ＬＥＤからの出力電流を増幅して、逆光の程度を測定する。この測定結果に基づいて、カメラ部が指の腹を撮影するに際しての最適なゲイン調整のレベルを設定する。更に、撮影で得られた画像データのトーンカーブを調整して、画像のコントラストを高くするから、明瞭な指の静脈画像を得ることができ、ユーザ確認が確実に行なわれる。なお、画像のコントラストを高くするのは、撮影対象が指の静脈という元々コントラストが低いものであることと、逆光の程度が著しく大きいため、撮影画像がフラットになりやすいためである。

１０ デジタルカメラ
１１ 撮影レンズ
１３ ＡＦ補助光投光窓
１８ ＣＣＤイメージセンサ
１９ ＬＥＤ
２１，５６ 信号処理部
２２ システムコントローラ
２６，４７ ＬＣＤ
２７ 位置・方位検出部
２８ カレンダー・時計部
３２ ＬＥＤ信号処理部
４０ ノートパソコン
４９ カメラ部
５１ ＣＰＵ
５５ ＣＭＯＳイメージセンサ

Claims (5)

1. 撮影レンズにより結像される光学画像を画像信号に光電変換する撮像素子と、
   前記撮影レンズが向いている方位を検出する方位検出部と、
   撮影場所の位置座標を検出する座標検出部と、
   周辺光量の測定を行なう光量測定部と、
   撮影時の日時を計測する日時計測部と、
   前記方位、位置座標、日時に基づいて、前記撮影場所から望む太陽の方位と撮影レンズが向いている方向との関係を求め、逆光か否かを判別する逆光判別部と、
   前記画像信号に基づくスルー画が所定の表示部に表示される前に、前記逆光の場合と逆光以外の場合とのそれぞれについて、前記周辺光量に基づいて、前記画像信号を増幅するアンプのゲインを予め調整するゲイン調整部と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記周辺光量と日時に基づいて、室外か否か、室外である場合には、更に晴天か雨天か、の撮影環境を判別する撮影環境判別部と、
   前記画像信号に対して施すべきホワイトバランス補正の設定を、前記スルー画が表示される前に、前記撮影環境に基づいて予め行なうホワイトバランス補正設定部と
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記光量測定部は、前記撮影レンズのオートフォーカス用、またはセルフタイマー表示用に使用されるＬＥＤを兼用することを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
4. 撮像素子に光学画像を結像させる撮影レンズが向いている方位を検出する方位検出ステップと、
   撮影場所の位置座標を検出する座標検出ステップと、
   周辺光量の測定を行なう光量測定ステップと、
   撮影時の日時を計測する日時計測ステップと、
   前記方位、位置座標、日時に基づいて、前記撮影場所から望む太陽の方位と撮影レンズが向いている方向との関係を求め、逆光か否かを判別する逆光判別ステップと、
   前記撮像素子が光学画像を光電変換して出力する画像信号に基づくスルー画が所定の表示部に表示される前に、前記逆光の場合と逆光以外の場合とのそれぞれについて、前記周辺光量に基づいて、前記画像信号を増幅するアンプのゲインを予め調整するゲイン調整ステップと
   からなることを特徴とする撮像装置の画像調整方法。
5. 前記周辺光量と日時に基づいて、室外か否か、室外の場合には、更に晴天か雨天か、の撮影環境を判別する撮影環境判別ステップと、
   前記画像信号に対して施すべきホワイトバランス補正の設定を、前記スルー画が表示される前に、前記撮影環境に基づいて予め行なうホワイトバランス補正設定ステップと
   を設けたことを特徴とする請求項４記載の撮像装置の画像調整方法。

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