JP2010251977A - 撮像装置及び撮像装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水中撮影時において、正確かつ迅速にホワイトバランス制御を行うことができる。
【解決手段】 設定された撮影モードが水中撮影モードであるか通常撮影モードであるかに応じて異なるホワイトバランスの制御量の初期値を設定し、設定した初期値と撮像手段により得られた画像データに基づきホワイトバランスの制御量を算出し、算出した制御量に基づき撮像手段により得られた画像データのホワイトバランス制御を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、水中撮影が可能な撮像装置のホワイトバランス制御に関するものである。

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などの撮像装置が普及し、様々な環境・光源で撮影されるようになった。そのような様々な光源下においても、撮像装置は、オートホワイトバランス（以下ホワイトバランスをＷＢ、オートホワイトバランスをＡＷＢとする）制御により、その光源の色を白に近づけ、人が環境光に適応している状態に近づけている。様々な撮影環境のひとつとして水中・海中がある。水中では、光線は、長波長側から徐々に吸収されていく。このため、光源が太陽光でも水中で撮影すると青味がかった色になる。ＡＷＢを用いて人の環境光適応に近づけることを可能にした撮像装置も提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−１７１９８号

しかしながら、フィードバック制御によるＡＷＢ制御を行う撮像装置により水中撮影を行う場合、光源が陸上では想定しえない濃い青味を持つため、白色が認識されないことがある。その場合、ＡＷＢの制御範囲が水中の青に対応して広い範囲を有していたとしても、正確なＡＷＢ制御ができないこととなる。また白色が認識されても、動画撮影の場合は、色の変化が時間的に緩やかになるように制御をしているため、適切なＷＢの状態になるまで時間がかかっていた。

本発明は、上述した問題点を解決するためのものであり、撮像装置が、水中撮影時において、正確かつ迅速に適切なホワイトバランス制御を行うことができるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、被写体を撮像して画像データを得る撮像手段と、水中撮影モード及び通常撮影モードの少なくとも２つの撮影モードを設定可能な設定手段と、前記設定手段により設定された撮影モードが前記水中撮影モードであるか前記通常撮影モードであるかに応じて異なるホワイトバランスの制御量の初期値を設定し、前記設定した初期値と前記撮像手段により得られた画像データに基づきホワイトバランスの制御量を算出し、前記算出した制御量に基づき前記撮像手段により得られた画像データのホワイトバランス制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、水中撮影時において、正確かつ迅速にホワイトバランス制御を行うことができるという効果が得られる。

本発明を適用可能な撮像装置１００のブロック構成を示す図である。 本実施形態のＡＷＢ制御におけるＲ及びＢのゲインの制御量を示すグラフである。 本実施形態の初期値設定の流れを示すフローチャートである。 本実施形態のホワイトバランスのフィードバック制御の流れを示すフローチャートである。 本実施形態の色空間での無彩色検出範囲を説明する図である。 本実施形態の制御量の初期値及び補正方向の関係を説明するための図である。

以下、図面を用いて、本発明に好適な実施の形態を説明する。

図１は本発明を適用可能な撮像装置１００のブロック構成を示す図である。同図において、１０１はレンズ系であり、ズーム機能やオートフォーカス機能などを達成することができる。１０２は撮像素子１０４に到達する光量を調整するともに、撮像素子１０４を遮光するシャッター機能を備えた絞りである。１０３は撮影レンズ系１０１のズーム機能やフォーカス機能、および、絞り１０２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。１０４はＣＣＤ又は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像データに変換する撮像素子である。１０５はＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路、ＡＧＣ（自動利得制御）回路、および、Ａ／Ｄコンバータからなる前処理回路である。１０６は撮像素子１０４や前処理回路１０５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ＴＧ（タイミングジェネレータ）である。

１２２はホワイトバランス（ＷＢ）ゲイン回路であり、後述するホワイトバランス制御のためにＲ（レッド）／Ｇ（グリーン）／Ｂ（ブルー）の各色独立したゲインを掛けることができる。１２１は後検波回路であり、後述するホワイトバランスのフィードバック制御のために画像を検波する。１０７は信号処理回路であり、ガンマ補正処理、色補正処理などを行う。１０８は撮像装置１００全体の制御を司るシステム制御部である。１０９は表示部１１２や記録媒体１１０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。１１０は信号処理回路１０７で処理された画像データを記憶する記憶媒体であり、ＤＶテープ、ＤＶＤディスク、メモリカードなどである。１１２は画像入出力制御部１０９から出力された画像を表示する表示部であり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイからなる。１１３は複数の操作ボタン等の操作部材を有しており撮影者が撮像装置１００を操作するためのキーパネルである。

水中ハウジング１２０は撮像装置１００を収納できる防水機能を持つケースである。水中ハウジング１２０は撮像装置１００に対して着脱可能なものであり、所望の水深の水圧に耐える強度を持つ、素材、構造とする。また撮像装置１００が撮影できるようレンズ系１０１の視界を妨げないよう、レンズ系１０１付近は透明度の高く、水圧に耐える強度、防反射処理をされた素材とする。さらに、水中ハウジング１２０は、撮像装置１００に装着された状態においても前記キーパネル１１３の複数の操作ボタンのうち所定の操作ボタンについては操作可能とする開口部をもつ。後述の撮影モードの変更は、この開口部を介して所定の操作ボタンを操作することにより、ハウジング１２０の装着状態においても、可能なようになっている。なお、本実施形態では、撮像装置１００と水中ハウジング１２０は別構成としているが、撮像装置１００が防水構造を持つようにしても良い。

図２は、本実施形態のオートホワイトバランス（ＡＷＢ）制御における、Ｒ及びＢのゲインの制御量を示すグラフである。

本実施形態のＷＢ制御は、レッド、グリーン、ブルー（以下Ｒ、Ｇ、Ｂ）のうち、Ｇを固定しＲとＢのゲインの制御量を変化させることにより行う。図２において、２０１の実線部分は黒体放射に沿った陸上での一般的な光源での制御量の可変範囲である。左上が白熱電球やハロゲンなどの色温度３０００Ｋでの制御量であり、Ｂのゲイン量が高くＲのゲイン量が低くなる。右下が晴天の日陰など色温度１００００Ｋの光源を表し、Ｂのゲイン量が低くＲのゲイン量が高くなっている。

２０２の点線部分は水中での制御量の可変範囲である。本実施形態では、通常（陸上）の撮影モードでは２０１の制御範囲であり、水中撮影モードでは２０１の制御範囲から２０２の制御範囲まで延長する。ここで、水中では低色温度の光源は存在しえないので、誤制御防止のため制御範囲２０１のうち例えば５０００Ｋ以下へは制御量が動かないように制限しても良い。なお、本実施形態では、水中撮影以外の陸上での環境で適切に撮影できるモードとして通常撮影モードと定義しており、環境としては、晴天、夕景、夜景、蛍光灯、など、制御範囲２０１に対応する様々な光源の環境をも含むものとする。

本実施形態では、制御量の初期値を通常撮影モードと水中撮影モードで異ならせる点に特徴を有する。具体的には、予め通常撮影モードに設定されていた状態で撮像装置１００の電源投入がされた場合、初期値を制御範囲２０１上の点２０３とする。また、予め水中撮影モードに設定されていた状態で電源投入がされた場合、初期値を制御範囲２０２上の点２０４とする。また、電源投入時に撮影モードを設定可能にするものに限らず、電源投入後、上述のようにハウジング１２０を装着した状態で、ユーザによるキーパネル１１３の所定の操作ボタンに対する操作入力に応じて撮影モードを切り替えるようにしても良い。

図３は、本実施形態の初期値設定の流れを示すフローチャートである。本フローチャートは、システム制御部１０８の制御のものと、ＷＢゲイン回路１２２や後検波回路１２１等を制御することにより実行される。

まず、ステップＳ３０１において、電源投入またはユーザによる操作入力に応答して設定された撮影モードを参照する。次に、ステップＳ３０２において、ステップＳ３０１において、参照した撮影モードが通常撮影モードであるか、水中撮影モードであるかを判断する。

ここで、設定された撮影モードが通常撮影モードである場合、ステップＳ３０３に進み、通常撮影モードの初期値として５０００Ｋを設定し、ホワイトバランスのフィードバック制御を行う。一方、設定された撮影モードが水中撮影モードである場合、ステップＳ３０４に進み、水中撮影モードの初期値２０４（青色の方向であり、１００００Ｋよりも十分に高い値）を設定して、ホワイトバランスのフィードバック制御を行う。

図４は、図３のステップＳ３０３及びステップＳ３０４で実行されるホワイトバランスのフィードバック制御の流れを示すフローチャートである。本フローチャートは、システム制御部１０８の制御のものと、ＷＢゲイン回路１２２や後検波回路１２１等を制御することにより実行される。

まず、ステップＳ４０１で、現在のフィールドの画像の色を後検波回路１２１で検波する。検波は画面全体の平均で行う手法、各画素を別々に行う手法、例えば画面を１６×８のブロックに分割しそれぞれのブロックの平均値を複数もって行う手法等があるが、いずれの手法を用いても良い。

次に、ステップＳ４０２にて、検波した色を座標変換する。例えば、前段まで（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の座標系で画像処理を行っていたとしても、輝度Ｙ、色差（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）の座標系に変換する。これは、本実施形態では、図４のように無彩色の検出領域は色差の制御軸で判断されるものであり、検波した色をこの座標系に整合させるためである。なお、制御軸ごと変更するのであれば、他の座標系に変換してもよい。

ステップＳ４０３で、ステップＳ４０２の座標変換で得られた色差信号が、どの検出範囲に位置するかを判断する。図５は、（Ｒ−Ｙ）−（Ｂ−Ｙ）色空間での無彩色検出範囲を説明する図である。５０１は、通常撮影モードにおいて無彩色と判断する領域である。５０２は、水中撮影モードにおいて無彩色と判断する領域である。現在のＷＢ制御量から離れた光源の色は無彩色として判断されにくく、図２で説明した通り、水中でのＷＢ制御範囲が広くなるので、この検出範囲も通常撮影モードの範囲に対して拡大する必要がある。

ステップＳ４０２で得られた色差信号の位置が、図５の点５０３のように範囲５０１の中である場合、点５０３が２つの座標軸の中心に対してどの方向に位置するかを記憶する。この情報は例えば、システム制御部１０８のメモリに記憶される。ここではＲ−Ｙ軸方向に対してマイナス、Ｂ−Ｙ軸方向に対してプラス方向にいる事を記憶して、ステップＳ４０４へ進む。一方、ステップＳ４０２で得られた色差信号の位置が点５０６のように、色差信号が無彩色の範囲にない場合、その色は被写体そのものの色と判断し、処理を終了する。ステップＳ４０２で得られた色差信号の位置が点５０４の場合は、撮影モードが水中撮影モードであれば、Ｒ−Ｙ軸方向に対してマイナス、Ｂ−Ｙ軸方向に対してプラス方向にいる事を記憶する。一方、通常撮影モードである場合は、被写体そのものの色と判断し、処理を終了する。

ステップＳ４０４では、ホワイトバランスの補正方向を決定する。図６は、初期値及び補正方向の関係を説明するための図である。図２と同じ線や点については同じ符号を付している。現在の画像の色を白方向に補正するには現在のＷＢ制御量であるＲゲイン・Ｂゲインを、図５における色の方向とは逆の色方向に動かす必要がある。

まず、陸上での撮影のために、撮影モードを通常撮影モードに設定して、制御量の初期値を図６の点２０３として、陸上において所定時間の間、撮影動作させたとする。

このとき、ステップＳ４０２で得られた色差信号の位置が点５０３であれば、原点に対してＲ−Ｙでマイナス方向、Ｂ−Ｙでプラス方向にいるのでＲゲインを増加、Ｂのゲインを減少方向に動かす必要がある。このとき図６で点６０１が現在のＷＢ制御量すなわちＲゲインとＢゲインの組み合わせの値だとしたら、ＲゲインとＢゲインを増加するために点６０２が次の制御量となる。

他の例として、ステップＳ４０２で得られた色差信号の位置が点５０５だったとしたら、ステップＳ４０４では、原点に対してＲ−Ｙがマイナス方向、Ｂ−Ｙもマイナス方向となる。したがって、この点の色を無彩色に近づけるためにはＲゲインを増加、Ｂゲインも増加する必要がある。このとき現在のＷＢ制御量が点６０１だったとしてもＲゲインは増加することができるが、Ｂゲインはこれ以上増加すると線からはみ出してしまう。そこでＲゲインだけ増加して、Ｂは制御範囲上の値として結果としては同じ点６０２が次のＷＢ制御量となる。

以上は、陸上での撮影条件における制御の例であり、撮影モードを通常撮影モードとして、現在のＷＢ制御量から制御は図６の実線の域を超えないように移動することにより、自然界でよくある光源の色を補正することができる。上述の例では、点６０１から点６０２へと１度のステップで変更するものとしたが、動画の場合、ＷＢ制御の変化が急すぎると、その動画を視認する際に違和感があるので、複数回のステップ分けてゆっくりと変化させる。またハンチング現象を避けるために多少のヒステリシスを持たせても良い。

一方、水中での撮影のために、撮影モードを通常撮影モードに設定して、制御量の初期値を図６の点２０３として、水中において撮影動作を開始させたとする。このとき、ステップＳ４０２で得られた色差信号の位置が点５０４であるとすると、通常撮影モード用の範囲に含まれないため、この点に応じた制御がなされない。

しかし、水中での撮影のために、撮影モードを水中撮影モードに設定して、制御量の初期値を図６の点１０４として、水中において撮影動作を開始させたとする。この場合は、ステップＳ４０２で得られた色差信号の位置が点５０４であるとすると、通常撮影モード用の検出範囲５０２に含まれる。そして、原点に対してＲ−Ｙでマイナス方向、Ｂ−Ｙでプラス方向にいるので、Ｒゲインを増加、Ｂのゲインを減少方向に動かす制御量、例えば、図６の点６０３となる。

また、ここで、制御量の初期値が仮に点２０３の位置であったとすると、点２０３と点６０３の制御範囲上の距離は遠いものとなる。また、上記のように、複数回のステップ分けてゆっくりと変化させるようとすると、適切なＷＢ状態に至るまで非常に時間がかかり、また、適切に制御されないおそれもある。したがって、本実施形態では、水中撮影モードでは、初期値を点２０４として、迅速かつ正確にフィードバック制御ができるようにしている。

図４のフローチャートに戻り、ステップＳ４０５では、ステップＳ４０４で決めた制御量をＷＢゲイン回路１２２に書き込む。これによりステップＳ４０１で検波した今回の画像によって算出された制御量により、次のフィールドの画像のＷＢ調整がされる。そして、図４のフローチャートの処理を繰り返すフィードバック制御を行うことにより、無彩色として認識した色は徐々に画像の上でも無彩色に近づくことになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、また、水中撮影モードでは、通常撮影モードよりも無彩色の検出範囲とゲインの制御量可変範囲を広げることにより、水中撮影に適したホワイトバランス制御を行うことができる。また、通常撮影モード用とは別に、水中撮影モード用の初期値を設定しておくことで、ゲインの制御量の制御を迅速かつ正確に行うことができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、動画撮影の場合を例に説明したが、これに限らず、静止画撮影においても、同様の技術を適用可能である。また、前処理回路１０５よりも前段のブロックと高段のブロックとを別の筐体で構成するなど、複数の装置からなるシステムにおいても、本発明は適用可能なものである。

１００ 撮像装置
１０６ ＷＢゲイン回路
１０８ システム制御部
１２０ 水中ハウジング

Claims (6)

1. 被写体を撮像して画像データを得る撮像手段と、
   水中撮影モード及び通常撮影モードの少なくとも２つの撮影モードを設定可能な設定手段と、
   前記設定手段により設定された撮影モードが前記水中撮影モードであるか前記通常撮影モードであるかに応じて異なるホワイトバランスの制御量の初期値を設定し、前記設定した初期値と前記撮像手段により得られた画像データに基づきホワイトバランスの制御量を算出し、前記算出した制御量に基づき前記撮像手段により得られた画像データのホワイトバランス制御を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記水中撮影モードにおける初期値は、前記通常撮影モードにおけるホワイトバランスの制御量の可変範囲を青色の方向に超えた光源に対応した制御量であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. ユーザが操作入力するための複数の操作部材から構成される操作手段と、
   水中撮影のための防水機能を有し前記撮像装置に装着された状態においても前記操作手段の複数の操作部材のうち所定の操作部材は操作可能とする開口部をもつ水中ハウジングと、をさらに有し、
   前記前記設定手段は、ユーザにより前記所定の操作部材に対する操作入力に応じて、撮影モードを水中撮影モードに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. 設定された撮影モードが水中撮影モードである場合、前記制御手段は前記制御量の制御範囲を、前記通常撮影モードにおける制御範囲に対して青色の方向に延長した範囲とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 設定された撮影モードが水中撮影モードである場合、前記制御手段は前記制御量の算出のための無彩色の検出範囲を前記通常撮影モードにおける検出範囲に対して拡大した範囲とすることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 被写体を撮像して画像データを得る撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、
   水中撮影モード及び通常撮影モードの少なくとも２つの撮影モードを設定する設定ステップと、
   前記設定ステップにより設定された撮影モードが前記水中撮影モードであるか前記通常撮影モードであるかに応じて異なるホワイトバランスの制御量の初期値を設定し、前記設定した初期値と前記撮像手段により得られた画像データに基づきホワイトバランスの制御量を算出し、前記算出した制御量に基づき前記撮像手段により得られた画像データのホワイトバランス制御を行う制御ステップと、
   を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。