JP2013138301A - Image processor, image processing method and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus including an image processor which can speedily switch an exposure condition when a plurality of images different in the exposure conditions are imaged and can generate a composite image of high image quality.SOLUTION: An imaging apparatus 1 includes: a histogram measuring section 23 which calculates a luminance histogram; an image composition section 31 for combining a high exposure image signal and a low exposure image signal to generate a composite image signal; a gradation compression section 35 for compressing the number of gradations of the composite image signal; and a parameter calculation section 33 for calculating a control parameter Ywhich characterizes brightness of the composite image. An imaging control section 24 refers to an exposure condition table 25T, selects an exposure condition corresponding to the luminance histogram, and sets the selected exposure condition in the imaging section 10. The gradation compression section 35 changes a gradation conversion characteristic so that a change of the brightness of the composite image due to switching of the exposure condition of the imaging section 10 is compensated on the basis of the control parameter Y.

Description

本発明は、画像処理技術に関し、特にディジタルカメラで撮像されたディジタル画像を処理する技術に関するものである。   The present invention relates to an image processing technique, and more particularly to a technique for processing a digital image picked up by a digital camera.

一般に、ディジタルスチルカメラやビデオカメラなどのディジタルカメラは、CCD(Charge−Coupled Device)画像センサやCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)画像センサなどの固体撮像素子を搭載している。固体撮像素子のダイナミックレンジには物理的限界があるので、撮影対象物における明暗の差(照度差)が固体撮像素子のダイナミックレンジの能力を超えた場合には、撮像されたディジタル画像中の高輝度領域の画素値が飽和する現象(いわゆる白とび状態)やその低輝度領域の画像情報が消失する現象(いわゆる黒つぶれ現象)が生じるという問題がある。そこで、異なる露光条件で撮像された複数枚の画像を合成してダイナミックレンジ(最も高い画素値と最も低い画素値との間の幅)の広い画像を生成する画像処理技術が存在する。この種の技術は、たとえば、特開2009−71408号公報(特許文献1)に開示されている。   In general, a digital camera such as a digital still camera or a video camera is equipped with a solid-state imaging device such as a charge-coupled device (CCD) image sensor or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor. Since the dynamic range of a solid-state image sensor has physical limitations, if the difference in brightness (illuminance difference) in the subject exceeds the dynamic range capability of the solid-state image sensor, the dynamic range of the captured digital image There is a problem that a phenomenon in which pixel values in a luminance region are saturated (so-called overexposure state) and a phenomenon in which image information in the low-intensity region is lost (so-called blackout phenomenon) occur. Therefore, there exists an image processing technique for generating an image having a wide dynamic range (a width between the highest pixel value and the lowest pixel value) by combining a plurality of images captured under different exposure conditions. This type of technology is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-71408 (Patent Document 1).

特許文献1に開示されている画像処理装置は、高い露出値で撮像された高露出値画像と低い露出値で撮像された低露出値画像とを入力とし、これら高露出値画像と低露出値画像のそれぞれの輝度を算出し、その輝度の値に応じて高露出値画像の階調を拡大する処理を実行する。また画像処理装置は、階調が拡大された高露出値画像の輝度と低露出値画像の輝度とを加算し、その加算結果に基づいて入力画像(高露出値画像と低露出値画像)の合成比率を決定する。そして、画像処理装置は、合成比率を用いて高露出値画像と低露出値画像とを合成した後、その結果得られた合成画像の階調を元の階調に戻す処理を実行する。これにより、ダイナミックレンジの広い画像を生成することができる。   The image processing apparatus disclosed in Patent Document 1 receives a high exposure value image captured at a high exposure value and a low exposure value image captured at a low exposure value, and inputs the high exposure value image and the low exposure value. The brightness of each image is calculated, and the process of enlarging the gradation of the high exposure value image according to the brightness value is executed. Further, the image processing apparatus adds the luminance of the high exposure value image whose gradation is enlarged and the luminance of the low exposure value image, and based on the addition result, calculates the input image (high exposure value image and low exposure value image). Determine the synthesis ratio. Then, the image processing apparatus combines the high exposure value image and the low exposure value image using the combination ratio, and then executes a process of returning the gradation of the combined image obtained as a result to the original gradation. Thereby, an image with a wide dynamic range can be generated.

特開2009−71408号公報(図1,段落0012〜0016など)JP 2009-71408 A (FIG. 1, paragraphs 0012 to 0016, etc.)

しかしながら、特許文献1には、高露出値画像及び低露出値画像の撮像時に露光条件(露光時間やレンズの絞り値など)を調整する方法が具体的に記載されていない。高露出値画像の撮像に適した露光条件(露光時間やレンズの絞り値など)と低露出値画像の撮像に適した露光条件とは互いに異なるので、高露出値画像と低露出値画像との一方の撮像に適した露光条件から他方の撮像に適した露光条件への切り替えに長時間を要し、合成画像の画質が低下するという問題がある。   However, Patent Document 1 does not specifically describe a method of adjusting exposure conditions (exposure time, lens aperture value, etc.) when capturing a high exposure value image and a low exposure value image. The exposure conditions (such as the exposure time and lens aperture value) that are suitable for capturing a high exposure value image and the exposure conditions that are suitable for capturing a low exposure value image are different from each other. There is a problem that it takes a long time to switch from an exposure condition suitable for one imaging to an exposure condition suitable for the other imaging, and the image quality of the composite image is degraded.

たとえば、固体撮像素子の出力を利用する露光制御では、撮像画像の主要な参照領域内の輝度値の指標値(たとえば、数点の輝度値の平均値)を算出し、この指標値が目標値に近づくように露光時間やレンズ絞り値などの露光条件を調整し、その調整後に再び画像を撮影するという作業が繰り返し行われる。ビデオカメラによって高露出値画像と低露出値画像とが連続的に撮像されるときには、それぞれの画像の撮像時に指標値が目標値とほぼ一致するまで露光制御を行うことが望ましい。しかしながら、露光条件を被写体条件(たとえば、被写体照度)に追従させるために数フレームから数十フレームもの調整時間を要することがあり、特に、被写体条件の急激な変動に対して露光条件を即時に追従させることが難しいという問題がある。   For example, in exposure control using the output of a solid-state image sensor, an index value of a luminance value (for example, an average value of several luminance values) in a main reference region of a captured image is calculated, and this index value is a target value. The exposure condition such as the exposure time and the lens aperture value is adjusted so as to be close to, and the image is taken again after the adjustment. When a high exposure value image and a low exposure value image are continuously captured by the video camera, it is desirable to perform exposure control until the index value substantially matches the target value at the time of capturing each image. However, it may take several to tens of frames of adjustment time to make the exposure condition follow the subject condition (for example, subject illuminance). In particular, the exposure condition is immediately followed for sudden changes in the subject condition. There is a problem that it is difficult to do.

上記に鑑みて本発明の目的は、画像合成のために露光条件の異なる複数枚の画像を撮像する際に露光条件を短時間で調整することができ、良好な画質の合成画像を生成することもできる画像処理装置、撮像装置及び画像処理方法を提供することである。   In view of the above, an object of the present invention is to generate a composite image with good image quality by adjusting exposure conditions in a short time when capturing a plurality of images having different exposure conditions for image composition. An image processing apparatus, an imaging apparatus, and an image processing method that can also be provided.

本発明の第1の態様による画像処理装置は、撮像部で撮像された画像を表す画像信号を処理する画像処理装置であって、前記画像信号の輝度ヒストグラムを計測する露光制御用ヒストグラム計測部と、前記撮像部に対する複数の露光条件の候補と輝度ヒストグラムとの間の対応関係が予め記憶されている露光条件テーブルと、前記撮像部により第1の露光量で撮像された高露光画像を表す高露光画像信号と前記撮像部により前記第1の露光量よりも低い第2の露光量で撮像された低露光画像を表す低露光画像信号とを合成して、前記高露光画像信号及び前記低露光画像信号の階調数よりも高い階調数の合成画像信号を生成する画像合成部と、入力階調レベルと出力階調レベルとの対応関係を定める階調変換特性を有し、該階調変換特性に基づいて、入力された前記合成画像信号の階調数を圧縮する階調圧縮部と、前記合成画像信号で表される合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータを算出するパラメータ算出部と、前記撮像部の露光条件を制御する撮像制御部とを備え、前記撮像制御部は、前記露光条件テーブルを参照して前記複数の露光条件の候補の中から前記露光制御用ヒストグラム計測部で計測された当該輝度ヒストグラムに対応する露光条件を選択するとともに、当該選択された露光条件を前記撮像部に設定し、前記階調圧縮部は、前記制御パラメータに基づいて、前記撮像部の露光条件の切り替えによる前記合成画像の明るさの変化を補償するように前記階調変換特性を変化させることを特徴とする。   An image processing apparatus according to a first aspect of the present invention is an image processing apparatus that processes an image signal representing an image captured by an imaging unit, the exposure control histogram measuring unit measuring a luminance histogram of the image signal; , An exposure condition table in which correspondences between a plurality of exposure condition candidates for the imaging unit and luminance histograms are stored in advance, and a high exposure image that is captured at a first exposure amount by the imaging unit. An exposure image signal and a low exposure image signal representing a low exposure image captured at a second exposure amount lower than the first exposure amount by the imaging unit are combined to produce the high exposure image signal and the low exposure image. An image composition unit that generates a composite image signal having a higher number of gradations than the number of gradations of the image signal, and a gradation conversion characteristic that defines a correspondence relationship between the input gradation level and the output gradation level; Based on conversion characteristics A gradation compression unit that compresses the number of gradations of the input composite image signal, a parameter calculation unit that calculates a control parameter that characterizes the brightness of the composite image represented by the composite image signal, and the imaging unit An imaging control unit that controls the exposure conditions, and the imaging control unit refers to the exposure condition table, and the brightness measured by the exposure control histogram measurement unit from among the plurality of exposure condition candidates The exposure condition corresponding to the histogram is selected, the selected exposure condition is set in the imaging unit, and the tone compression unit is configured to switch the exposure condition of the imaging unit based on the control parameter. The gradation conversion characteristic is changed so as to compensate for a change in image brightness.

本発明の第2の態様による撮像装置は、撮像部と、上記第1の態様による画像処理装置とを備えることを特徴とする。   An imaging apparatus according to a second aspect of the present invention includes an imaging unit and the image processing apparatus according to the first aspect.

本発明の第3の態様による画像処理方法は、撮像部と、前記撮像部で撮像された画像を表す画像信号の輝度ヒストグラムを計測する露光制御用ヒストグラム計測部と、前記撮像部に対する複数の露光条件の候補と輝度ヒストグラムの複数の頻度分布との間の対応関係が記憶されている露光条件テーブルと、前記撮像部により第1の露光量で撮像された高露光画像を表す高露光画像信号と前記撮像部により前記第1の露光量よりも低い第2の露光量で撮像された低露光画像を表す低露光画像信号とを合成して、前記高露光画像信号及び前記低露光画像信号の階調数よりも高い階調数の合成画像信号を生成する画像合成部と、入力階調レベルと出力階調レベルとの対応関係を定める階調変換特性を有し、該階調変換特性に基づいて、入力された前記合成画像信号の階調数を圧縮する階調圧縮部と、前記合成画像信号で表される合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータを算出するパラメータ算出部と、前記撮像部の露光条件を制御する撮像制御部とを備え、前記撮像制御部は、前記露光条件テーブルを参照して前記複数の露光条件の候補の中から前記露光制御用ヒストグラム計測部で計測された当該輝度ヒストグラムに対応する露光条件を選択するとともに、当該選択された露光条件を前記撮像部に設定し、前記階調圧縮部は、前記制御パラメータに基づいて、前記撮像部の露光条件の切り替えによる前記合成画像の明るさの変化を補償するように前記階調変換特性を変化させることを特徴とする。   An image processing method according to a third aspect of the present invention includes an imaging unit, an exposure control histogram measuring unit that measures a luminance histogram of an image signal representing an image captured by the imaging unit, and a plurality of exposures for the imaging unit. An exposure condition table in which correspondences between candidate conditions and a plurality of frequency distributions of a luminance histogram are stored; a high exposure image signal representing a high exposure image captured at a first exposure amount by the imaging unit; A combination of a low-exposure image signal representing a low-exposure image captured by the imaging unit with a second exposure amount that is lower than the first exposure amount is used to combine the high-exposure image signal and the low-exposure image signal. An image composition unit that generates a composite image signal having a higher number of gradations than the key number, and a gradation conversion characteristic that defines a correspondence relationship between the input gradation level and the output gradation level, based on the gradation conversion characteristic Before the input A gradation compression unit that compresses the number of gradations of the composite image signal, a parameter calculation unit that calculates a control parameter that characterizes the brightness of the composite image represented by the composite image signal, and an exposure condition of the imaging unit is controlled. An imaging control unit, wherein the imaging control unit refers to the exposure condition table, and the exposure condition corresponding to the brightness histogram measured by the exposure control histogram measurement unit from among the plurality of exposure condition candidates And the selected exposure condition is set in the imaging unit, and the gradation compression unit changes the brightness of the composite image by switching the exposure condition of the imaging unit based on the control parameter. The gradation conversion characteristic is changed so as to compensate for this.

本発明の態様によれば、露光条件テーブルを参照することで複数の露光条件の候補の中から一の露光条件を短時間で選択し、選択された露光条件を撮像部に設定することができる。このため、露光条件の切り替えを素早く行うことができる。これにより被写体条件の変動に対して撮像部の露光条件を高速に追従させることが可能である。また、合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータに基づいて、露光条件の切り替えによる合成画像の明るさの変化を補償するように階調変換特性が変化させられる。このため、画質の良好な広ダイナミックレンジ画像を生成することができる。   According to the aspect of the present invention, one exposure condition can be selected from a plurality of exposure condition candidates in a short time by referring to the exposure condition table, and the selected exposure condition can be set in the imaging unit. . For this reason, switching of exposure conditions can be performed quickly. As a result, it is possible to follow the exposure conditions of the imaging unit at a high speed with respect to changes in subject conditions. Further, based on the control parameter characterizing the brightness of the composite image, the tone conversion characteristics are changed so as to compensate for the change in the brightness of the composite image due to the switching of the exposure conditions. Therefore, a wide dynamic range image with good image quality can be generated.

本発明に係る実施の形態1の撮像装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。1 is a functional block diagram schematically showing a configuration of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 実施の形態1の撮像部の構成を概略的に示す図である。2 is a diagram schematically illustrating a configuration of an imaging unit according to Embodiment 1. FIG. 動画撮像モード時に撮像された低露光画像と高露光画像とを概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the low exposure image and high exposure image which were imaged at the moving image imaging mode. 低露光画像の輝度ヒストグラムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the brightness | luminance histogram of a low exposure image. 高露光画像の輝度ヒストグラムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the brightness | luminance histogram of a high exposure image. 露光条件の候補となる基本パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the basic pattern used as the candidate of exposure conditions. 図6の露光条件の基本パターンと輝度ヒストグラムとの対応関係を規定する参照テーブルの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reference table that defines a correspondence relationship between a basic pattern of exposure conditions in FIG. 6 and a luminance histogram. 実施の形態1の画像合成部の構成例を概略的に示す機能ブロック図である。3 is a functional block diagram schematically showing a configuration example of an image composition unit in the first embodiment. FIG. 実施の形態1の合成比率算出用LUTへの入力値と合成比率との対応関係の一例を示すグラフである。6 is a graph illustrating an example of a correspondence relationship between an input value to a composition ratio calculation LUT according to the first embodiment and a composition ratio. 合成画像の輝度ヒストグラムを例示するグラフである。It is a graph which illustrates the brightness | luminance histogram of a synthesized image. (A),(B)は、実施の形態1の階調圧縮部の階調変換特性の例を示すグラフである。(A), (B) is a graph which shows the example of the gradation conversion characteristic of the gradation compression part of Embodiment 1. FIG. (A),(B)は、実施の形態1の階調圧縮部の階調変換特性の他の例を示すグラフである。(A), (B) is a graph which shows the other example of the gradation conversion characteristic of the gradation compression part of Embodiment 1. FIG. 本発明に係る実施の形態2の撮像装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows roughly the structure of the imaging device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 低露光画像の輝度ヒストグラムの例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the brightness | luminance histogram of a low exposure image. 高露光画像の輝度ヒストグラムの例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the brightness | luminance histogram of a high exposure image. (A),(B)は、実施の形態2の階調圧縮部の階調変換特性の例を示すグラフである。(A), (B) is a graph which shows the example of the gradation conversion characteristic of the gradation compression part of Embodiment 2. FIG. (A),(B)は、実施の形態2の階調圧縮部の階調変換特性の他の例を示すグラフである。(A), (B) is a graph which shows the other example of the gradation conversion characteristic of the gradation compression part of Embodiment 2. FIG. 本発明に係る実施の形態3の撮像装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows roughly the structure of the imaging device of Embodiment 3 which concerns on this invention. 複数の領域画像に分割されたフレーム画像を示す図である。It is a figure which shows the frame image divided | segmented into the several area image. 実施の形態3に係る制御パラメータ制限処理の手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a procedure of control parameter restriction processing according to Embodiment 3. (A),(B)は、実施の形態4の階調圧縮部の階調変換特性の例を示すグラフである。(A), (B) is a graph which shows the example of the gradation conversion characteristic of the gradation compression part of Embodiment 4. FIG.

以下、本発明に係る種々の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明に係る実施の形態1の撮像装置1の構成を概略的に示す機能ブロック図である。この撮像装置1は、撮像部10と画像処理部(画像処理装置)20とで構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a functional block diagram schematically showing the configuration of the imaging apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The imaging device 1 includes an imaging unit 10 and an image processing unit (image processing device) 20.

図2は、撮像部10の構成を概略的に示す図である。図2に示されるように、撮像部10は、撮像光学系12、固体撮像素子13、フロントエンド部14及び駆動回路15を有している。撮像光学系11は、前側レンズ121、絞り機構122及び後側レンズ123を有する。本実施の形態の固体撮像素子13は、ベイヤ配列などの色フィルタ配列を有する単板式のCCD画像センサで構成されるが、これに限定されるものではない。CCD画像センサに代えてCMOS画像センサなどの他の固体撮像素子を使用してもよい。駆動回路15は、制御信号ECsに応じて固体撮像素子13を駆動する駆動信号を発生する。   FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of the imaging unit 10. As shown in FIG. 2, the imaging unit 10 includes an imaging optical system 12, a solid-state imaging device 13, a front end unit 14, and a drive circuit 15. The imaging optical system 11 includes a front lens 121, a diaphragm mechanism 122, and a rear lens 123. The solid-state imaging device 13 of the present embodiment is configured by a single-plate CCD image sensor having a color filter array such as a Bayer array, but is not limited to this. Instead of the CCD image sensor, another solid-state imaging device such as a CMOS image sensor may be used. The drive circuit 15 generates a drive signal that drives the solid-state imaging device 13 in accordance with the control signal ECs.

撮像光学系12は、入射光11を固体撮像素子13の撮像面上に結像して光学像を形成する。固体撮像素子13は、この光学像を光電変換して撮像信号を生成し、フロントエンド部14に供給する。フロントエンド部14は、撮像信号に対して、相関二重サンプリング(CDS:Correllated Double Sampling)処理やプログラマブル利得増幅(PGA:Programmable Gain Amplification)を実行してアナログ信号を生成する。ここで、CDS処理は、固体撮像素子13から出力される撮像信号からノイズなどの不要な成分を除去する処理である。フロントエンド部14は、さらに、そのアナログ信号をA/D変換してRAW形式のディジタル画像信号Rdを生成する。   The imaging optical system 12 forms an optical image by forming the incident light 11 on the imaging surface of the solid-state imaging device 13. The solid-state imaging device 13 photoelectrically converts this optical image to generate an imaging signal, and supplies the imaging signal to the front end unit 14. The front end unit 14 generates an analog signal by executing correlated double sampling (CDS) processing and programmable gain amplification (PGA) on the imaging signal. Here, the CDS process is a process of removing unnecessary components such as noise from the imaging signal output from the solid-state imaging device 13. The front end unit 14 further A / D converts the analog signal to generate a digital image signal Rd in RAW format.

図1を参照すると、画像処理部20は、信号処理部21、フレームバッファ22、ヒストグラム計測部23、撮像制御部24及びデータ記憶部25を有している。これら構成要素21〜24は、バス(信号伝達路)28を介して相互に接続されている。   Referring to FIG. 1, the image processing unit 20 includes a signal processing unit 21, a frame buffer 22, a histogram measurement unit 23, an imaging control unit 24, and a data storage unit 25. These components 21 to 24 are connected to each other via a bus (signal transmission path) 28.

信号処理部21は、撮像部10から入力されたディジタル画像信号Rdに、色同時化処理、ノイズ低減処理、輪郭補正処理、白バランス調整処理、信号振幅調整処理、色補正処理及び色空間変換などを施して輝度成分と色差成分とからなるカラー画像信号を生成する。このカラー画像信号は、バス28に出力される。なお、RAW形式のディジタル画像では、1つの画素は、固体撮像素子13の色フィルタ配列のうちの1つの色フィルタに対応する1色成分しか持たない。色同時化処理は、カラー画像を構成するために各画素に不足している色成分を補間する処理である。たとえば色フィルタ配列が原色系のベイヤ配列の場合には、RAW形式のディジタル画像の各画素は、赤、緑及び緑のうちの一色の成分しか持たないので、各画素に不足している2色の色成分が周辺画素の色成分から補間される。   The signal processing unit 21 performs color synchronization processing, noise reduction processing, contour correction processing, white balance adjustment processing, signal amplitude adjustment processing, color correction processing, color space conversion, and the like on the digital image signal Rd input from the imaging unit 10. To generate a color image signal composed of a luminance component and a color difference component. This color image signal is output to the bus 28. In the RAW format digital image, one pixel has only one color component corresponding to one color filter in the color filter array of the solid-state image sensor 13. The color synchronization process is a process of interpolating a color component that is insufficient for each pixel to form a color image. For example, when the color filter array is a primary color Bayer array, each pixel of the RAW format digital image has only one color component of red, green, and green. Are interpolated from the color components of the surrounding pixels.

バス28は、信号処理部21から出力されたカラー画像信号をフレームバッファ22に転送する。フレームバッファ22は、バス28により転送されたカラー画像信号の複数フレーム分を一時的に記憶(バッファリング)する機能を有する。   The bus 28 transfers the color image signal output from the signal processing unit 21 to the frame buffer 22. The frame buffer 22 has a function of temporarily storing (buffering) a plurality of frames of the color image signal transferred by the bus 28.

ヒストグラム計測部23は、フレームバッファ22から読み出されたカラー画像信号の輝度成分の輝度ヒストグラムをフレーム画像単位で計測する機能を有する。撮像制御部24は、ヒストグラム計測部23で計測された輝度ヒストグラムとデータ記憶部25に予め格納されている露光条件テーブル25Tとを用いて、制御信号群ECを撮像部10に供給して撮像部10の露光条件を制御することができる。図2に示されるように、制御信号群ECは、絞り機構122に供給される制御信号ECaと、駆動回路15に供給される駆動信号ECsと、フロントエンド部14に供給される制御信号ECgとからなる。撮像制御部24は、輝度ヒストグラムと露光条件テーブル25Tとを用いて、絞り機構122の開口度を表す絞り値と、固体撮像素子13の露光時間(電荷蓄積時間)と、フロントエンド部14内の増幅器のゲイン(増幅率)とを個別に制御することが可能である。   The histogram measuring unit 23 has a function of measuring the luminance histogram of the luminance component of the color image signal read from the frame buffer 22 in units of frame images. The imaging control unit 24 supplies the control signal group EC to the imaging unit 10 by using the luminance histogram measured by the histogram measurement unit 23 and the exposure condition table 25T stored in advance in the data storage unit 25, thereby imaging the imaging unit. Ten exposure conditions can be controlled. As shown in FIG. 2, the control signal group EC includes a control signal ECa supplied to the aperture mechanism 122, a drive signal ECs supplied to the drive circuit 15, and a control signal ECg supplied to the front end unit 14. Consists of. The imaging control unit 24 uses the luminance histogram and the exposure condition table 25T, the aperture value indicating the aperture of the aperture mechanism 122, the exposure time (charge accumulation time) of the solid-state imaging device 13, and the front end unit 14 The gain (amplification factor) of the amplifier can be individually controlled.

本実施の形態の撮像装置1は、静止画撮像モードと動画撮像モードという2種類の動作モードを有している。静止画撮像モードでは、撮像制御部24は、撮像部10の動作を制御して露光条件の異なる2種類のカラー画像をフレーム画像単位で連続的に撮像させる。ここで、カラー画像は、RAW形式の画像ではなく、信号処理部21の出力画像を意味するものとする。これら2種類のカラー画像のうち一方の画像(以下、高露光画像と呼ぶ。)は、他方の画像(以下、低露光画像と呼ぶ。)よりも、固体撮像素子13の撮像面への露光量が多い画像である。一方、動画撮像モードでは、撮像制御部24は、撮像部10の動作を制御して高露光画像と低露光画像とをフレーム画像単位で交互に撮像させる。図3は、動画撮像モード時に撮像された低露光画像Fs(1),Fs(2),…と高露光画像Ft(1),Ft(2),…とを概略的に示す図である。   The imaging apparatus 1 according to the present embodiment has two types of operation modes, a still image imaging mode and a moving image imaging mode. In the still image capturing mode, the image capturing control unit 24 controls the operation of the image capturing unit 10 to continuously capture two types of color images with different exposure conditions in units of frame images. Here, the color image is not an image in the RAW format, but means an output image of the signal processing unit 21. Of these two types of color images, one image (hereinafter referred to as a high exposure image) has an exposure amount on the imaging surface of the solid-state imaging device 13 rather than the other image (hereinafter referred to as a low exposure image). There are many images. On the other hand, in the moving image imaging mode, the imaging control unit 24 controls the operation of the imaging unit 10 to alternately capture a high exposure image and a low exposure image in units of frame images. FIG. 3 is a diagram schematically showing low exposure images Fs (1), Fs (2),... And high exposure images Ft (1), Ft (2),.

ヒストグラム計測部23は、フレームバッファ22から低露光画像及び高露光画像のデータを撮像順で読み出し、低露光画像の輝度ヒストグラムを計測してその計測データHsdを撮像制御部24に出力し、高露光画像の輝度ヒストグラムを計測してその計測データHtdを撮像制御部24に出力する。図4は、8ビット階調(256階調)の低露光画像の輝度ヒストグラムの一例を示す図であり、図5は、8ビット階調の高露光画像の輝度ヒストグラムの一例を示す図である。図4及び図5のグラフにおいて、横軸は、0〜255の範囲の階調レベルを示し、縦軸は、各階調レベルの輝度値を有する画素の個数を示している。   The histogram measurement unit 23 reads the data of the low exposure image and the high exposure image from the frame buffer 22 in the order of imaging, measures the luminance histogram of the low exposure image, outputs the measurement data Hsd to the imaging control unit 24, and performs high exposure. The brightness histogram of the image is measured and the measurement data Htd is output to the imaging control unit 24. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a luminance histogram of an 8-bit gradation (256 gradation) low-exposure image, and FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a luminance histogram of an 8-bit gradation high-exposure image. . In the graphs of FIGS. 4 and 5, the horizontal axis indicates the gradation level in the range of 0 to 255, and the vertical axis indicates the number of pixels having the luminance value of each gradation level.

低露光画像の撮像の際には、撮像制御部24は、直近に撮像された低露光画像の輝度ヒストグラムを用いて撮像部10の露光条件を設定する。一方、高露光画像の撮像の際には、撮像制御部24は、直近に撮像された高露光画像の輝度ヒストグラムを用いて撮像部10の露光条件を設定する。たとえば、動画撮像モードでは、図3の低露光画像Fs(3)の撮像のための露光条件は、2フレーム前に撮像された低露光画像Fs(2)の輝度ヒストグラムの計測データに基づいて行われる。また、図3の高露光画像Ft(3)の撮像のための露光条件は、2フレーム前に撮像された低露光画像Ft(2)の輝度ヒストグラムの計測データに基づいて行われる。   When capturing a low-exposure image, the imaging control unit 24 sets the exposure condition of the imaging unit 10 using the luminance histogram of the most recently captured low-exposure image. On the other hand, when capturing a high-exposure image, the imaging control unit 24 sets the exposure condition of the imaging unit 10 using the luminance histogram of the most recently captured high-exposure image. For example, in the moving image capturing mode, the exposure condition for capturing the low-exposure image Fs (3) in FIG. 3 is performed based on the measurement data of the luminance histogram of the low-exposure image Fs (2) captured two frames before. Is called. Further, the exposure conditions for capturing the high-exposure image Ft (3) in FIG. 3 are performed based on the measurement data of the luminance histogram of the low-exposure image Ft (2) captured two frames before.

撮像制御部24は、ヒストグラム計測部23による計測結果に基づき、露光条件テーブル25Tを参照して撮像部10の露光条件をフレーム画像毎に切り替える。露光条件テーブル25Tは、複数の露光条件の候補と輝度ヒストグラムとの対応関係が予め記憶されているテーブルである。この露光条件テーブル25Tには、低露光画像撮像用及び高露光画像撮像用の2種類の露光条件を定める値が予め記憶されている。   The imaging control unit 24 switches the exposure condition of the imaging unit 10 for each frame image with reference to the exposure condition table 25T based on the measurement result by the histogram measurement unit 23. The exposure condition table 25T is a table in which a correspondence relationship between a plurality of exposure condition candidates and a luminance histogram is stored in advance. The exposure condition table 25T stores in advance values that determine two types of exposure conditions for low-exposure image capturing and high-exposure image capturing.

図6は、露光条件の候補となる基本パターンP1,P2,P3,P4の例を示す図である。図6の例では、高露光画像撮像用の露光時間(長時間露光期間)は、基本パターンP1〜P4の全てにおいて32ミリ秒(msec.)に設定されている。また、低露光画像撮像用の露光時間(短時間露光期間)は、図6に示されるように、基本パターンP1で2ミリ秒、基本パターンP2で4ミリ秒、基本パターンP3で8ミリ秒、基本パターンP4で16ミリ秒である。   FIG. 6 is a diagram showing an example of basic patterns P1, P2, P3, and P4 that are exposure condition candidates. In the example of FIG. 6, the exposure time (long exposure period) for capturing a high exposure image is set to 32 milliseconds (msec.) In all of the basic patterns P1 to P4. Further, as shown in FIG. 6, the exposure time for low-exposure image capturing (short exposure period) is 2 milliseconds for the basic pattern P1, 4 milliseconds for the basic pattern P2, 8 milliseconds for the basic pattern P3, The basic pattern P4 is 16 milliseconds.

また、図7は、図6の露光条件の基本パターンP1〜P4と輝度ヒストグラムとの対応関係を規定する参照テーブルの一例を示す図である。図7の参照テーブルでは、直近の低露光画像撮像時に選択された露光条件の基本パターンP1,P2,P3,P4(遷移元パターン)と、現在選択されるべき基本パターンの候補P1,P2,P3,P4(遷移先パターン)との組み合わせの条件が規定されている。その組み合わせの条件は、直近に撮像された低露光画像の輝度ヒストグラムの特徴を表す4種類のパラメータYo200,Yu100,Yu50,Yu25を用いて規定される。 FIG. 7 is a diagram showing an example of a reference table that defines the correspondence between the basic patterns P1 to P4 of the exposure conditions in FIG. 6 and the luminance histogram. In the reference table of FIG. 7, basic patterns P1, P2, P3, and P4 (transition source patterns) of exposure conditions selected at the time of the latest low-exposure image capturing, and basic pattern candidates P1, P2, and P3 to be currently selected. , P4 (transition destination pattern) is defined. The conditions for the combination are defined using four types of parameters Yo 200 , Yu 100 , Yu 50 , and Yu 25 that represent the characteristics of the luminance histogram of the low-exposure image captured most recently.

ここで、Yo200は、200以上の画素値(輝度値)を有する画素の全有効画素数に対する割合(単位:パーセント)を示すパラメータであり、Yu100は、0〜100の範囲内の画素値(輝度値)を有する画素の全有効画素数に対する割合(単位:パーセント)を示すパラメータであり、Yu50は、0〜50の範囲内の画素値(輝度値)を有する画素の全有効画素数に対する割合(単位:パーセント)を示すパラメータであり、Yu25は、0〜25の範囲内の画素値(輝度値)を有する画素の全有効画素数に対する割合(単位:パーセント)を示すパラメータである。たとえば、遷移元パターンP1と遷移先パターンP2との組み合わせの条件は、Yu100が90%以上であることであり、遷移元パターンP2と遷移先パターンP1との組み合わせの条件は、Yo200が50%以上であることである。 Here, Yo 200 is a parameter indicating a ratio (unit: percent) of pixels having a pixel value (luminance value) of 200 or more to the total number of effective pixels, and Yu 100 is a pixel value within a range of 0 to 100. This is a parameter indicating the ratio (unit: percent) of the pixels having (luminance value) to the total number of effective pixels, and Yu 50 is the total number of effective pixels of pixels having a pixel value (luminance value) in the range of 0-50. Is a parameter indicating a ratio (unit: percent) to the total number of effective pixels of pixels having pixel values (luminance values) within a range of 0 to 25. . For example, the combination condition of the transition source pattern P1 and the transition destination pattern P2 is that Yu 100 is 90% or more, and the combination condition of the transition source pattern P2 and the transition destination pattern P1 is 50 for Yo 200. % Or more.

撮像制御部24は、直近に撮像された低露光画像の輝度ヒストグラムの計測データHsdからパラメータYo200,Yu100,Yu50,Yu25を算出し、これらパラメータYo200,Yu100,Yu50,Yu25の値を、露光条件の候補P1〜P4の中から一の露光条件を選択するための指標値として用いる。 The imaging control unit 24 calculates parameters Yo 200 , Yu 100 , Yu 50 , Yu 25 from the luminance histogram measurement data Hsd of the most recently captured low-exposure image, and these parameters Yo 200 , Yu 100 , Yu 50 , Yu. A value of 25 is used as an index value for selecting one exposure condition from the exposure condition candidates P1 to P4.

なお、図6及び図7の例では、高露光画像撮像時の露光時間は一定の32ミリ秒に設定されているが、これに限定されるものではない。高露光画像撮像の場合も、低露光画像撮像の場合と同様に、露光条件の遷移元パターンと遷移先パターンとの組み合わせの条件を規定する参照テーブルを予め用意しておき、この参照テーブルを用いて高露光画像撮像時の露光条件を設定してもよい。   In the example of FIGS. 6 and 7, the exposure time at the time of capturing a high-exposure image is set to a constant 32 milliseconds, but is not limited to this. In the case of high-exposure image capturing as well, in the same way as in the case of low-exposure image capturing, a reference table that prescribes a combination condition of a transition source pattern and a transition destination pattern of exposure conditions is prepared in advance, Thus, the exposure conditions for capturing a high-exposure image may be set.

また、露光条件を定める値は、露光時間に限らず、絞り機構122の絞り値やフロントエンド部14内の増幅器のゲインも露光条件を定める値として設定することが可能である。   The value that determines the exposure condition is not limited to the exposure time, and the aperture value of the aperture mechanism 122 and the gain of the amplifier in the front end unit 14 can also be set as values that determine the exposure condition.

次に、画像合成処理と階調圧縮処理について説明する。図1に示されるように、画像処理部20は、画像合成部31、パラメータ算出部33、ヒストグラム計測部34及び階調圧縮部35を有している。   Next, image composition processing and gradation compression processing will be described. As illustrated in FIG. 1, the image processing unit 20 includes an image composition unit 31, a parameter calculation unit 33, a histogram measurement unit 34, and a gradation compression unit 35.

画像合成部31は、バス28と接続されており、このバス28を介してフレームバッファ22から読み出され転送された時間的に連続する低露光画像信号と高露光画像信号とを合成して合成画像信号Fcを生成する機能を有する。合成画像信号Fcは、低露光画像信号及び高露光画像信号の階調数よりも高い階調数を有している。図8は、実施の形態1の画像合成部31の構成例を概略的に示す機能ブロック図である。図8に示されるように、画像合成部31は、係数乗算部311、加算部312、合成比率算出用LUT(ルックアップテーブル)313、合成比率乗算部314s,314t及び合成処理部315を有する。   The image synthesizing unit 31 is connected to the bus 28 and synthesizes and combines the temporally continuous low-exposure image signal and high-exposure image signal that are read from the frame buffer 22 and transferred via the bus 28. A function of generating an image signal Fc; The composite image signal Fc has a higher number of gradations than the number of gradations of the low exposure image signal and the high exposure image signal. FIG. 8 is a functional block diagram schematically illustrating a configuration example of the image composition unit 31 according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 8, the image composition unit 31 includes a coefficient multiplication unit 311, an addition unit 312, a composition ratio calculation LUT (lookup table) 313, composition ratio multiplication units 314 s and 314 t, and a composition processing unit 315.

係数乗算部311は、図8に示されるように、低輝度画像Fs(k)の輝度成分Ys(k)に重み係数αを画素単位で乗算する乗算器311sと、高輝度画像Ft(k)の輝度成分Yt(k)に重み係数βを画素単位で乗算する乗算器311tとを含む。重み係数α,βは、撮像制御部24によって与えられる。本実施の形態では、β=1、α=n(n>1)に設定されている。nの値は、たとえば、低露光画像Fs(k)の撮像時の露光時間tαに対する高露光画像Ft(k)の撮像時の露光時間tβの比率(=tβ/tα)とすることができる。 As shown in FIG. 8, the coefficient multiplication unit 311 includes a multiplier 311 s that multiplies the luminance component Ys (k) of the low luminance image Fs (k) by a weight coefficient α in units of pixels, and a high luminance image Ft (k). And a multiplier 311t for multiplying the luminance component Yt (k) by a weight coefficient β in units of pixels. The weighting coefficients α and β are given by the imaging control unit 24. In the present embodiment, β = 1 and α = n (n> 1) are set. The value of n is, for example, the ratio (= t β / t α ) of the exposure time t β when capturing the high exposure image Ft (k) to the exposure time t α when capturing the low exposure image Fs (k). be able to.

加算部312は、乗算器311sの出力と乗算器311tの出力とを画素単位で加算する。合成比率算出用LUT313は、加算部312の出力信号に応じて、低露光画像Fs(k)及び高露光画像Ft(k)にそれぞれ割り当てるべき合成比率Ks,Ktを決定する機能を有する。合成比率算出用LUT313は、合成比率Ks,Ktの複数の値が予め記憶されたメモリを有しており、加算部312の出力信号をアドレス入力とし、このアドレス入力に対応する一対の記憶値Ks,Ktをメモリから読み出して出力することができる。   The adder 312 adds the output of the multiplier 311s and the output of the multiplier 311t in units of pixels. The composition ratio calculation LUT 313 has a function of determining composition ratios Ks and Kt to be assigned to the low-exposure image Fs (k) and the high-exposure image Ft (k) in accordance with the output signal of the adder 312. The combination ratio calculation LUT 313 includes a memory in which a plurality of values of the combination ratios Ks and Kt are stored in advance, and the output signal of the adder 312 is used as an address input, and a pair of stored values Ks corresponding to the address input. , Kt can be read from the memory and output.

合成比率乗算部314sは、低露光画像Fs(k)の輝度成分Ys(k)に合成比率Ks×α(=Ks×n)を乗算するとともに色差成分Cbs(k),Crs(k)に合成比率Ksを乗算し、これらの乗算結果を合成処理部315に出力する。他方、合成比率乗算部314tは、高露光画像Ft(k)の輝度成分Yt(k)に合成比率Kt×β(=Kt×1)を乗算するとともに色差成分Cbt(k),Crt(k)に合成比率Ktを乗算し、これらの乗算結果を合成処理部315に出力する。合成処理部315は、合成比率乗算部314sの出力と合成比率乗算部314tの出力とを加算して合成画像信号Fcを生成する。すなわち、合成処理部315は、合成比率乗算部314sの出力輝度成分Fs(k)×Ks×αと合成比率乗算部314tの出力輝度成分Ft(k)×Kt×βとを加算して合成画像信号Fcの輝度成分を生成する。同時に、合成処理部315は、合成比率乗算部314sの出力色差成分Cbs(k)×Ksと合成比率乗算部314tの出力輝度成分Cbt(k)×Ktとを加算するとともに、合成比率乗算部314sの出力色差成分Cbs(k)×Ksと合成比率乗算部314tの出力輝度成分Crt(k)×Ktとを加算することで合成画像信号Fcの色差成分を生成する。   The composition ratio multiplying unit 314s multiplies the luminance component Ys (k) of the low-exposure image Fs (k) by the composition ratio Ks × α (= Ks × n) and composes the color difference components Cbs (k) and Crs (k). The ratio Ks is multiplied, and the multiplication results are output to the synthesis processing unit 315. On the other hand, the composition ratio multiplying unit 314t multiplies the luminance component Yt (k) of the high-exposure image Ft (k) by the composition ratio Kt × β (= Kt × 1) and color difference components Cbt (k), Crt (k). Are multiplied by the synthesis ratio Kt, and the multiplication results are output to the synthesis processing unit 315. The synthesis processing unit 315 adds the output of the synthesis ratio multiplication unit 314s and the output of the synthesis ratio multiplication unit 314t to generate a synthesized image signal Fc. That is, the composition processing unit 315 adds the output luminance component Fs (k) × Ks × α of the composition ratio multiplication unit 314s and the output luminance component Ft (k) × Kt × β of the composition ratio multiplication unit 314t to add a composite image. A luminance component of the signal Fc is generated. At the same time, the synthesis processing unit 315 adds the output color difference component Cbs (k) × Ks of the synthesis ratio multiplication unit 314s and the output luminance component Cbt (k) × Kt of the synthesis ratio multiplication unit 314t, and also combines the synthesis ratio multiplication unit 314s. Output color difference component Cbs (k) × Ks and output luminance component Crt (k) × Kt of the combination ratio multiplication unit 314t are added to generate a color difference component of the combined image signal Fc.

図9は、合成比率算出用LUT313への入力値と合成比率Ks,Ktとの対応関係の一例を示すグラフである。図9のグラフにおいて、横軸は、入力信号(輝度成分)の階調レベルを示し、右方縦軸は、合成比率Ktの値を示し、左方縦軸は、合成比率Ksの値を示している。図9のグラフでは、輝度値が閾値(=255×2)よりも大きい場合は、低露光画像Fs(k)に対する合成比率Ksの値が大きくなり、輝度値が閾値よりも小さい場合は、高露光画像Ft(k)に対する合成比率Ktの値が大きくなる。また、図9のグラフは、輝度値が閾値(=255×2)となる付近で合成比率Ksの値が0から1へ(あるいは1から0へ)切り替わるとともに合成比率Ktの値が1から0へ(あるいは0から1へ)切り替わるように構成されている。よって、合成比率Ks,Ktは、閾値に関して互いに相補的な関係にある。なお、図9の例では、係数乗算部311での低露光画像Fs(k)の輝度成分Ys(k)に対する倍率αをn倍とし、高露光画像Ft(k)の輝度成分Yt(k)に対する倍率を1倍としているため、輝度成分α×Ys(k),β×Yt(k)の加算結果は、0〜255×(n+1)の範囲の階調レベルを有することとなる。なお、高露光画像Ft(k)の輝度が飽和レベルに達する値(=255)のとき、高露光画像の輝度値は、255/n程度になっていると考えられるため、上記閾値は255×2とされている。   FIG. 9 is a graph showing an example of the correspondence relationship between the input value to the composition ratio calculation LUT 313 and the composition ratios Ks and Kt. In the graph of FIG. 9, the horizontal axis indicates the gradation level of the input signal (luminance component), the right vertical axis indicates the value of the composite ratio Kt, and the left vertical axis indicates the value of the composite ratio Ks. ing. In the graph of FIG. 9, when the luminance value is larger than the threshold value (= 255 × 2), the value of the composition ratio Ks with respect to the low-exposure image Fs (k) is large, and when the luminance value is smaller than the threshold value, the value is high. The value of the composition ratio Kt with respect to the exposure image Ft (k) increases. In the graph of FIG. 9, the value of the composition ratio Ks is switched from 0 to 1 (or from 1 to 0) and the value of the composition ratio Kt is 1 to 0 near the luminance value becomes the threshold value (= 255 × 2). (Or from 0 to 1). Therefore, the synthesis ratios Ks and Kt are complementary to each other with respect to the threshold value. In the example of FIG. 9, the magnification α for the luminance component Ys (k) of the low-exposure image Fs (k) in the coefficient multiplier 311 is set to n times, and the luminance component Yt (k) of the high-exposure image Ft (k). Therefore, the addition result of the luminance components α × Ys (k) and β × Yt (k) has a gradation level in the range of 0 to 255 × (n + 1). Note that when the brightness of the high-exposure image Ft (k) reaches a saturation level (= 255), the brightness value of the high-exposure image is considered to be about 255 / n, so the threshold value is 255 ×. 2.

次に、ヒストグラム計測部34は、画像合成部31から入力された合成画像信号Fcの輝度ヒストグラムをフレーム画像単位で計測し、その計測データCHdを階調圧縮部35に供給する。図10は、合成画像信号Fcの輝度ヒストグラムの一例を示す図である。   Next, the histogram measurement unit 34 measures the luminance histogram of the composite image signal Fc input from the image composition unit 31 in units of frame images, and supplies the measurement data CHd to the gradation compression unit 35. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a luminance histogram of the composite image signal Fc.

一方、パラメータ算出部33は、画像合成部31から入力された合成画像信号Fcに基づいて合成画像の平均輝度値Yavgを算出し、この平均輝度値Yavgを階調圧縮部35に供給する。平均輝度値Yavgは、合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータである。平均輝度値Yavgは、たとえば、合成画像の1フレーム分の全有効画素の輝度成分を加算し、その加算結果を全有効画素数で除算することで算出することができる。   On the other hand, the parameter calculation unit 33 calculates the average luminance value Yavg of the combined image based on the combined image signal Fc input from the image combining unit 31, and supplies this average luminance value Yavg to the gradation compression unit 35. The average luminance value Yavg is a control parameter that characterizes the brightness of the composite image. The average luminance value Yavg can be calculated, for example, by adding the luminance components of all effective pixels for one frame of the composite image and dividing the addition result by the total number of effective pixels.

階調圧縮部35は、入力された合成画像信号Fcの輝度成分の階調レベルを変換するための階調変換特性(階調圧縮特性)を有し、この階調変換特性に従って合成画像信号Fcの輝度成分の階調レベルを変換する。この階調変換特性は、入力階調レベルと出力階調レベルの対応関係を定めるものである。また、この階調変換特性では、入力階調レベルの範囲よりも出力階調レベルの範囲の方が狭いので、階調圧縮部35は、合成画像の階調数を圧縮(正規化)することができる。   The gradation compression unit 35 has gradation conversion characteristics (gradation compression characteristics) for converting the gradation level of the luminance component of the input composite image signal Fc, and the composite image signal Fc according to the gradation conversion characteristics. The gradation level of the luminance component is converted. This gradation conversion characteristic defines the correspondence between the input gradation level and the output gradation level. In this gradation conversion characteristic, since the output gradation level range is narrower than the input gradation level range, the gradation compression unit 35 compresses (normalizes) the number of gradations of the composite image. Can do.

また、階調圧縮部35は、制御パラメータである平均輝度値Yavgに基づいて、撮像部10の露光条件の切り替えによる合成画像の明るさの変化を補償するように階調変換特性を動的に変化させる機能を有する。具体的には、階調圧縮部35は、撮像部10の露光条件の切り替えに応じて合成画像の明るさが低減したときは、階調変換特性の出力階調レベルを増大させることができ、逆に、撮像部10の露光条件の切り替えに応じて合成画像の明るさが増大したときは、階調変換特性の出力階調レベルを低下させることができる。これにより、露光条件の切り替えによる合成画像の明るさの変化を補償することができる。   Also, the gradation compression unit 35 dynamically adjusts the gradation conversion characteristics so as to compensate for changes in the brightness of the composite image due to switching of the exposure conditions of the imaging unit 10 based on the average luminance value Yavg that is a control parameter. It has a function to change. Specifically, the gradation compression unit 35 can increase the output gradation level of the gradation conversion characteristics when the brightness of the composite image is reduced in accordance with the switching of the exposure condition of the imaging unit 10, Conversely, when the brightness of the composite image increases in accordance with the switching of the exposure conditions of the imaging unit 10, the output gradation level of the gradation conversion characteristics can be reduced. Thereby, it is possible to compensate for a change in brightness of the composite image due to switching of the exposure conditions.

図11(A),(B)は、階調圧縮部35の階調変換特性を例示するグラフである。図11(A)は、制御パラメータYavgの値が比較的高いときの変換曲線を示すグラフであり、図11(B)は、制御パラメータYavgの値が比較的低いときの変換曲線を示すグラフである。変換曲線は、主に、点(0,0)と点(Yavg,Bt)とを結ぶ直線と、点(Yavg,Bt)と点(Ymax,255)とを結ぶ直線とで構成されている。Yavgの値に対する出力階調レベル値Btは常に一定値(たとえば、100)に固定されるので、制御パラメータYavgの値が高くなるほど、出力階調レベルが全体的に低下するように変換曲線は変化し、制御パラメータYavgの値が低くなるほど、出力階調レベルが全体的に増大するように変換曲線は変化する。   FIGS. 11A and 11B are graphs illustrating the gradation conversion characteristics of the gradation compression unit 35. FIG. FIG. 11A is a graph showing a conversion curve when the value of the control parameter Yavg is relatively high, and FIG. 11B is a graph showing the conversion curve when the value of the control parameter Yavg is relatively low. is there. The conversion curve mainly includes a straight line connecting the point (0, 0) and the point (Yavg, Bt) and a straight line connecting the point (Yavg, Bt) and the point (Ymax, 255). Since the output gradation level value Bt with respect to the value of Yavg is always fixed at a constant value (for example, 100), the conversion curve changes so that the output gradation level generally decreases as the value of the control parameter Yavg increases. However, as the value of the control parameter Yavg decreases, the conversion curve changes so that the output gradation level increases as a whole.

さらに、階調圧縮部35は、合成画像の輝度ヒストグラムの計測データCHdに基づいて合成画像の実効的なダイナミックレンジ(以下、実効ダイナミックレンジと呼ぶ。)を検出し、この実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲が拡大するように階調変換特性を動的に変化させる機能を有する。具体的には、合成画像の輝度ヒストグラムの頻度値I(x)(xは、入力階調レベル)を最小階調レベル(=0)から最大階調レベル(=255×n)の方向へ積算することで頻度積算値を算出するとき、この頻度積算値の全有効画素数Nに対する割合が所定割合(たとえば、99%)以下となる条件を満たす積算区間[0,Lu]を定めることができる。階調圧縮部35は、その積算区間[0,Lu]の上端値Luの最大値Ymaxを実効ダイナミックレンジの上限値として算出することができる。よって、所定割合を99%とするとき、以下の式(1)が成立する。

Figure 2013138301
Further, the gradation compression unit 35 detects an effective dynamic range (hereinafter referred to as an effective dynamic range) of the composite image based on the measurement data CHd of the luminance histogram of the composite image, and corresponds to this effective dynamic range. It has a function of dynamically changing the gradation conversion characteristics so that the output gradation level range is expanded. Specifically, the frequency value I (x) (x is the input gradation level) of the luminance histogram of the composite image is integrated from the minimum gradation level (= 0) to the maximum gradation level (= 255 × n). when calculating the cumulative frequency value by, be defined relative to the total effective pixel count N p is a predetermined percentage of the cumulative frequency value (e.g., 99%) satisfy integrating period equal to or less than [0, Lu] it can. The gradation compression unit 35 can calculate the maximum value Ymax of the upper end value Lu of the integration interval [0, Lu] as the upper limit value of the effective dynamic range. Therefore, when the predetermined ratio is 99%, the following expression (1) is established.
Figure 2013138301

合成画像の実効ダイナミックレンジの上限値Ymaxは、たとえば、図10に概略的に示されるような値となる。階調圧縮部35は、図11(A),(B)に示されるように、0〜Ymaxの入力階調レベル範囲を実効ダイナミックレンジとし、上限値Ymax以上の入力階調レベルを全て255の値の出力階調レベルに変換する。これにより、合成画像の実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲を拡大することができる。よって、出力画像のダイナミックレンジを広くすることが可能である。   The upper limit value Ymax of the effective dynamic range of the composite image is, for example, a value as schematically shown in FIG. As shown in FIGS. 11A and 11B, the gradation compression unit 35 sets the input gradation level range of 0 to Ymax as an effective dynamic range, and the input gradation level equal to or higher than the upper limit value Ymax is all 255. Convert the value to the output tone level. Thereby, the output gradation level range corresponding to the effective dynamic range of the composite image can be expanded. Therefore, the dynamic range of the output image can be widened.

また、階調圧縮部35は、合成画像の実効ダイナミックレンジの下限値Yminを検出することもできる。具体的には、合成画像の輝度ヒストグラムの頻度値I(x)を最大階調レベル(=255×n)から最小階調レベル(=0)の方向へ積算することで頻度積算値を算出するとき、この頻度積算値の全有効画素数Nに対する割合が所定割合(たとえば、99%)以下となる条件を満たす積算区間[Lw,255×n]を定めることができる。階調圧縮部35は、その積算区間[Lw,255×n]の下端値Lwの最小値Yminを実効ダイナミックレンジの下限値として算出することができる。よって、所定割合を99%とするとき、以下の式(2)が成立する。

Figure 2013138301
The gradation compression unit 35 can also detect the lower limit value Ymin of the effective dynamic range of the composite image. Specifically, the frequency integrated value is calculated by integrating the frequency value I (x) of the luminance histogram of the composite image in the direction from the maximum gradation level (= 255 × n) to the minimum gradation level (= 0). time, it is possible to determine the percentage of total effective pixel count n p is a predetermined percentage of the cumulative frequency value (e.g., 99%) satisfy integrating period equal to or less than [Lw, 255 × n]. The gradation compression unit 35 can calculate the minimum value Ymin of the lower end value Lw of the integration interval [Lw, 255 × n] as the lower limit value of the effective dynamic range. Therefore, when the predetermined ratio is 99%, the following expression (2) is established.
Figure 2013138301

合成画像の実効ダイナミックレンジの下限値Yminは、たとえば、図10に概略的に示されるような値となる。階調圧縮部35は、図12(A),(B)に示されるように、Ymin〜Ymaxの入力階調レベル範囲を実効ダイナミックレンジとし、上限値Ymax以上の入力階調レベルを全て255の値の出力階調レベルに変換し、下限値Ymin以下の入力階調レベルを全て0の値の出力階調レベルに変換することで、合成画像の実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲を拡大することができる。よって、出力画像のダイナミックレンジをさらに広くすることが可能である。   The lower limit value Ymin of the effective dynamic range of the composite image is, for example, a value schematically shown in FIG. As shown in FIGS. 12A and 12B, the gradation compression unit 35 sets the input gradation level range of Ymin to Ymax as an effective dynamic range, and the input gradation level equal to or greater than the upper limit value Ymax is 255. The output gradation level range corresponding to the effective dynamic range of the composite image is converted by converting the input gradation level below the lower limit value Ymin to the output gradation level of all 0 values. Can be enlarged. Therefore, it is possible to further widen the dynamic range of the output image.

以上に説明したように実施の形態1の画像処理部20では、撮像制御部24は、露光条件テーブル25Tを参照することで複数の露光条件の候補の中から一の露光条件を短時間で選択することができ、当該選択された露光条件を撮像部10に設定することができる。このため、露光条件の切り替えを素早く行うことができるので、被写体条件の変動に対して撮像部10の露光条件を高速に追従させることができる。また、階調圧縮部35は、合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータYavgに基づいて、露光条件の切り替えによる合成画像の明るさの変化を補償するように階調変換特性を動的に変化させる。このため、階調圧縮部35は、画質の良好な広ダイナミックレンジ画像を出力することができる。したがって、被写体条件の変動に対する露光条件の追従の高速化とフレーム間での出力画像の明るさの滑らかな変動とを両立させることができる。   As described above, in the image processing unit 20 of the first embodiment, the imaging control unit 24 selects one exposure condition from a plurality of exposure condition candidates in a short time by referring to the exposure condition table 25T. The selected exposure condition can be set in the imaging unit 10. For this reason, since the exposure condition can be quickly switched, the exposure condition of the imaging unit 10 can be followed at a high speed with respect to the change in the subject condition. Further, the gradation compression unit 35 dynamically changes the gradation conversion characteristics so as to compensate for the change in the brightness of the composite image due to the switching of the exposure condition, based on the control parameter Yavg that characterizes the brightness of the composite image. . For this reason, the gradation compression unit 35 can output a wide dynamic range image with good image quality. Therefore, it is possible to achieve both high-speed tracking of exposure conditions with respect to changes in subject conditions and smooth fluctuations in the brightness of the output image between frames.

さらに、階調圧縮部35は、合成画像の実効ダイナミックレンジに応じて、この実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲を動的に拡大するので、出力画像のダイナミックレンジを広くすることができる。   Furthermore, since the gradation compression unit 35 dynamically expands the output gradation level range corresponding to the effective dynamic range according to the effective dynamic range of the composite image, the dynamic range of the output image can be widened. .

実施の形態2.
次に、本発明に係る実施の形態2について説明する。図13は、実施の形態2の撮像装置2の構成を概略的に示す機能ブロック図である。本実施の形態の撮像装置2の構成は、画像処理部20Bの構成の一部を除いて実施の形態1の撮像装置1の構成と同じである。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 13 is a functional block diagram schematically illustrating the configuration of the imaging device 2 according to the second embodiment. The configuration of the imaging apparatus 2 according to the present embodiment is the same as the configuration of the imaging apparatus 1 according to the first embodiment except for a part of the configuration of the image processing unit 20B.

図13に示されるように、本実施の形態の画像処理部20Bは、実施の形態1の画像処理部20の構成要素21〜25,31,33と同じ構成要素を有するが、ヒストグラム計測部34を有していない。階調圧縮部35Bは、ヒストグラム計測部23で計測されたデータHsd,Htdを用いて階調圧縮処理を実行する。これにより、実施の形態1の構成と比べて回路規模を削減することができる。   As shown in FIG. 13, the image processing unit 20 </ b> B of the present embodiment has the same constituent elements as the constituent elements 21 to 25, 31, and 33 of the image processing unit 20 of the first embodiment, but the histogram measuring unit 34. Does not have. The gradation compression unit 35B executes gradation compression processing using the data Hsd and Htd measured by the histogram measurement unit 23. Thereby, the circuit scale can be reduced as compared with the configuration of the first embodiment.

階調圧縮部35Bは、実施の形態1の階調圧縮部35と同様に、制御パラメータである平均輝度値Yavgに基づいて、撮像部10の露光条件の切り替えによる合成画像の明るさの変化を補償するように階調変換特性を動的に変化させる機能を有する。   Similar to the gradation compression unit 35 of the first embodiment, the gradation compression unit 35 </ b> B changes the brightness of the composite image by switching the exposure condition of the imaging unit 10 based on the average luminance value Yavg that is a control parameter. It has a function of dynamically changing the gradation conversion characteristics so as to compensate.

また、階調圧縮部35Bは、ヒストグラム計測部23から供給された輝度ヒストグラムの計測データHsd,Htdに基づいて合成画像の実効ダイナミックレンジを検出し、この実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲が拡大するように階調変換特性を動的に変化させる機能を有する。   Also, the gradation compression unit 35B detects the effective dynamic range of the composite image based on the luminance histogram measurement data Hsd and Htd supplied from the histogram measurement unit 23, and the output gradation level range corresponding to the effective dynamic range. Has a function of dynamically changing the gradation conversion characteristics so that the

具体的には、合成画像を構成する低露光画像の輝度ヒストグラムの頻度値Is(x)(xは、入力階調レベル)を最小階調レベル(=0)から最大階調レベル(=255)の方向へ積算することで頻度積算値を算出するとき、この頻度積算値の全有効画素数Nに対する割合が所定割合(たとえば、99%)以下となる条件を満たす積算区間[0,Lsu]を定めることができる。階調圧縮部35は、その積算区間[0,Lsu]の上端値Lsuの最大値YSmaxを低露光画像の実効ダイナミックレンジの上限値として算出することができる。よって、所定割合を99%とするとき、以下の式(3)が成立する。

Figure 2013138301
図14は、低露光画像の輝度ヒストグラムの例を示すグラフである。低露光画像の実効ダイナミックレンジの上限値YSmaxは、たとえば、図14に示されるような値となる。 Specifically, the frequency value Is (x) (x is the input gradation level) of the luminance histogram of the low-exposure image constituting the composite image is changed from the minimum gradation level (= 0) to the maximum gradation level (= 255). when calculating the frequency integrated value by integrating in the direction, relative to the total effective pixel count N p is a predetermined percentage of the cumulative frequency value (e.g., 99%) satisfy integrating period equal to or less than [0, LSU] Can be determined. The gradation compression unit 35 can calculate the maximum value YSmax of the upper end value Lsu of the integration interval [0, Lsu] as the upper limit value of the effective dynamic range of the low exposure image. Therefore, when the predetermined ratio is 99%, the following expression (3) is established.
Figure 2013138301
FIG. 14 is a graph illustrating an example of a luminance histogram of a low exposure image. The upper limit value YSmax of the effective dynamic range of the low exposure image is, for example, a value as shown in FIG.

一方、合成画像を構成する高露光画像の輝度ヒストグラムの頻度値It(x)(xは、入力階調レベル)を最小階調レベル(=0)から最大階調レベル(=255)の方向へ積算することで頻度積算値を算出するとき、この頻度積算値の全有効画素数Nに対する割合が所定割合(たとえば、99%)以下となる条件を満たす積算区間[0,Ltu]を定めることができる。階調圧縮部35は、その積算区間[0,Ltu]の上端値Ltuの最大値YLmaxを高露光画像の実効ダイナミックレンジの上限値として算出することができる。よって、所定割合を99%とするとき、以下の式(4)が成立する。

Figure 2013138301
On the other hand, the frequency value It (x) (x is the input gradation level) of the luminance histogram of the high-exposure image constituting the composite image is changed from the minimum gradation level (= 0) to the maximum gradation level (= 255). when calculating the cumulative frequency value by accumulating, to define the percentage of total effective pixel count N p is a predetermined percentage of the cumulative frequency value (e.g., 99%) satisfy integrating period equal to or less than [0, LTU] Can do. The gradation compression unit 35 can calculate the maximum value YLmax of the upper end value Ltu of the integration interval [0, Ltu] as the upper limit value of the effective dynamic range of the high exposure image. Therefore, when the predetermined ratio is 99%, the following expression (4) is established.
Figure 2013138301

図15は、高露光画像の輝度ヒストグラムの例を示すグラフである。高露光画像の実効ダイナミックレンジの上限値YLmaxは、たとえば、図15に示されるような値となる。   FIG. 15 is a graph showing an example of a brightness histogram of a high exposure image. The upper limit value YLmax of the effective dynamic range of the high exposure image is, for example, a value as shown in FIG.

本実施の形態の階調圧縮部35Bは、上記した上限値YSmax,YLmaxの重み付き平均値<Ymax>を合成画像の実効ダイナミックレンジの上限値として算出することができる。すなわち、次式(5)に従って合成画像の実効ダイナミックレンジの上限値<Ymax>を算出することができる。
<Ymax>=(YSmax×α+YLmax×β)/2 ・・・(5)
The gradation compression unit 35B of the present embodiment can calculate the weighted average value <Ymax> of the upper limit values YSmax and YLmax as the upper limit value of the effective dynamic range of the composite image. That is, the upper limit value <Ymax> of the effective dynamic range of the composite image can be calculated according to the following equation (5).
<Ymax> = (YSmax × α + YLmax × β) / 2 (5)

階調圧縮部35Bは、図16(A),(B)に示されるように、0〜<Ymax>の入力階調レベル範囲を合成画像の実効ダイナミックレンジとし、上限値<Ymax>以上の入力階調レベルを全て255の値の出力階調レベルに変換する。これにより、合成画像の実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲を拡大することができる。よって、出力画像のダイナミックレンジを広くすることが可能である。   As shown in FIGS. 16A and 16B, the gradation compression unit 35B sets the input gradation level range of 0 to <Ymax> as the effective dynamic range of the composite image, and inputs the upper limit value <Ymax> or more. All the gradation levels are converted to an output gradation level having a value of 255. Thereby, the output gradation level range corresponding to the effective dynamic range of the composite image can be expanded. Therefore, the dynamic range of the output image can be widened.

また、階調圧縮部35Bは、合成画像の実効ダイナミックレンジの下限値<Ymin>を検出することもできる。具体的には、低露光画像の輝度ヒストグラムの頻度値Is(x)を最大階調レベル(=255)から最小階調レベル(=0)の方向へ積算することで頻度積算値を算出するとき、この頻度積算値の全有効画素数Nに対する割合が所定割合(たとえば、99%)以下となる条件を満たす積算区間[Lsw,510]を定めることができる。階調圧縮部35Bは、その積算区間[Lsw,510]の下端値Lswの最小値YSminを低露光画像の実効ダイナミックレンジの下限値として算出することができる。よって、所定割合を99%とするとき、以下の式(6)が成立する。

Figure 2013138301
The gradation compression unit 35B can also detect the lower limit value <Ymin> of the effective dynamic range of the composite image. Specifically, when the frequency integrated value is calculated by integrating the frequency value Is (x) of the luminance histogram of the low exposure image from the maximum gradation level (= 255) to the minimum gradation level (= 0). , can be determined relative to the total effective pixel count N p is a predetermined percentage of the cumulative frequency value (e.g., 99%) satisfy integrating period equal to or less than [Lsw, 510]. The gradation compression unit 35B can calculate the minimum value YSmin of the lower end value Lsw of the integration interval [Lsw, 510] as the lower limit value of the effective dynamic range of the low exposure image. Therefore, when the predetermined ratio is 99%, the following expression (6) is established.
Figure 2013138301

低露光画像の実効ダイナミックレンジの下限値YSminは、たとえば、図14に概略的に示されるような値となる。   The lower limit value YSmin of the effective dynamic range of the low exposure image is, for example, a value as schematically shown in FIG.

一方、高露光画像の輝度ヒストグラムの頻度値It(x)を最大階調レベル(=255)から最小階調レベル(=0)の方向へ積算することで頻度積算値を算出するとき、この頻度積算値の全有効画素数Nに対する割合が所定割合(たとえば、99%)以下となる条件を満たす積算区間[Ltw,510]を定めることができる。階調圧縮部35Bは、その積算区間[Ltw,510]の下端値Ltwの最小値YLminを高露光画像の実効ダイナミックレンジの下限値として算出することができる。よって、所定割合を99%とするとき、以下の式(7)が成立する。

Figure 2013138301
On the other hand, when the frequency integrated value is calculated by integrating the frequency value It (x) of the luminance histogram of the high exposure image from the maximum gradation level (= 255) to the minimum gradation level (= 0), percentage of total effective pixel count N p is a predetermined ratio of integrated values (e.g., 99%) can be determined satisfy integrating period equal to or less than [Ltw, 510]. The gradation compression unit 35B can calculate the minimum value YLmin of the lower end value Ltw of the integration section [Ltw, 510] as the lower limit value of the effective dynamic range of the high exposure image. Therefore, when the predetermined ratio is 99%, the following expression (7) is established.
Figure 2013138301

高露光画像の実効ダイナミックレンジの下限値YLminは、たとえば、図15に概略的に示されるような値となる。   The lower limit value YLmin of the effective dynamic range of the high exposure image is, for example, a value schematically shown in FIG.

本実施の形態の階調圧縮部35Bは、上記した下限値YSmin,YLminの重み付き平均値<Ymin>を合成画像の実効ダイナミックレンジの下限値として算出することができる。すなわち、次式(8)に従って合成画像の実効ダイナミックレンジの下限値<Ymin>を算出することができる。
<Ymin>=(YSmin×α+YLmin×β)/2 ・・・(8)
The gradation compression unit 35B according to the present embodiment can calculate the weighted average value <Ymin> of the lower limit values YSmin and YLmin as the lower limit value of the effective dynamic range of the composite image. That is, the lower limit value <Ymin> of the effective dynamic range of the composite image can be calculated according to the following equation (8).
<Ymin> = (YSmin × α + YLmin × β) / 2 (8)

階調圧縮部35Bは、図17(A),(B)に示されるように、<Ymin>〜<Ymax>の入力階調レベル範囲を合成画像の実効ダイナミックレンジとし、上限値<Ymax>以上の入力階調レベルを全て255の値の出力階調レベルに変換し、下限値<Ymin>以下の入力階調レベルを全て0の値の出力階調レベルに変換することで、合成画像の実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲を拡大することができる。よって、出力画像のダイナミックレンジをさらに広くすることが可能である。   As shown in FIGS. 17A and 17B, the gradation compression unit 35B sets the input gradation level range of <Ymin> to <Ymax> as the effective dynamic range of the composite image, and exceeds the upper limit value <Ymax>. The input gradation level is converted to an output gradation level having a value of 255, and the input gradation level below the lower limit value <Ymin> is converted to an output gradation level having a value of all 0, so that the composite image can be effectively processed. The output gradation level range corresponding to the dynamic range can be expanded. Therefore, it is possible to further widen the dynamic range of the output image.

以上に説明したように実施の形態2の階調圧縮部35Bは、ヒストグラム計測部23で計測されたデータHsd,Htdを用いて階調圧縮処理を実行するので、実施の形態1の構成と比べて回路規模を削減することができる。しかも、実施の形態1と同様に、露光条件の切り替えを素早く行うことができるので、被写体照度などの被写体条件の変動に対して撮像部10の露光条件を高速に追従させることができる。また、階調圧縮部35Bは、合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータYavgに基づいて、露光条件の切り替えによる合成画像の明るさの変化を補償するように階調変換特性を動的に変化させる。このため、階調圧縮部35は、画質の良好な広ダイナミックレンジ画像を出力することができる。   As described above, the gradation compression unit 35B according to the second embodiment executes the gradation compression processing using the data Hsd and Htd measured by the histogram measurement unit 23, so that it is compared with the configuration according to the first embodiment. Thus, the circuit scale can be reduced. Moreover, since the exposure conditions can be switched quickly as in the first embodiment, the exposure conditions of the imaging unit 10 can follow at high speed with respect to changes in subject conditions such as subject illuminance. Also, the gradation compression unit 35B dynamically changes the gradation conversion characteristics so as to compensate for the change in the brightness of the composite image due to the switching of the exposure condition, based on the control parameter Yavg that characterizes the brightness of the composite image. . For this reason, the gradation compression unit 35 can output a wide dynamic range image with good image quality.

実施の形態3.
次に、本発明に係る実施の形態3について説明する。図18は、実施の形態3の撮像装置3の構成を概略的に示す機能ブロック図である。本実施の形態の画像処理部20Cの構成は、ヒストグラム計測部23Cと撮像制御部24Cと度数分布合成部36とを除いて、上記実施の形態2の画像処理部20Bの構成と同じである。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. FIG. 18 is a functional block diagram schematically illustrating a configuration of the imaging device 3 according to the third embodiment. The configuration of the image processing unit 20C of the present embodiment is the same as the configuration of the image processing unit 20B of the second embodiment except for the histogram measurement unit 23C, the imaging control unit 24C, and the frequency distribution synthesis unit 36.

本実施の形態のヒストグラム計測部23Cは、フレームバッファ22から読み出され転送された入力画像Fdの1フレーム分を、図19に示すようにN×M個(N,Mは2以上の整数)の領域画像A(0,0)〜A(N−1,M−1)に分割する。ヒストグラム計測部23Cは、これら領域画像A(0,0)〜A(N−1,M−1)それぞれの輝度ヒストグラムの計測データHd(0,0)〜Hd(N−1,M−1)を算出する機能を有する。   As shown in FIG. 19, the histogram measuring unit 23C according to the present embodiment reads N × M pieces (N and M are integers of 2 or more) of one frame of the input image Fd read and transferred from the frame buffer 22. Are divided into area images A (0, 0) to A (N-1, M-1). The histogram measuring unit 23C measures the luminance histogram measurement data Hd (0,0) to Hd (N-1, M-1) for each of the area images A (0,0) to A (N-1, M-1). It has the function to calculate.

撮像制御部24Cは、ヒストグラム計測部23Cで計測された各輝度ヒストグラムの計測データHd(i,j)(iは0〜N−1の整数;jは0〜M−1の整数)の特徴を表すパラメータYo200(i,j),Yu100(i,j),Yu50(i,j),Yu25(i,j)を領域画像毎に算出する。 The imaging control unit 24C has the characteristics of the measurement data Hd (i, j) (i is an integer from 0 to N-1; j is an integer from 0 to M-1) of each luminance histogram measured by the histogram measurement unit 23C. Representing parameters Yo 200 (i, j), Yu 100 (i, j), Yu 50 (i, j), and Yu 25 (i, j) are calculated for each region image.

ここで、Yo200(i,j)は、領域画像A(i,j)における200以上の画素値(輝度値)を有する画素の全有効画素数に対する割合(単位:パーセント)を示すパラメータであり、Yu100(i,j)は、領域画像A(i,j)における0〜100の範囲内の画素値(輝度値)を有する画素の全有効画素数に対する割合(単位:パーセント)を示すパラメータであり、Yu50(i,j)は、領域画像A(i,j)における0〜50の範囲内の画素値(輝度値)を有する画素の全有効画素数に対する割合(単位:パーセント)を示すパラメータであり、Yu25(i,j)は、領域画像A(i,j)における0〜25の範囲内の画素値(輝度値)を有する画素の全有効画素数に対する割合(単位:パーセント)を示すパラメータである。 Here, Yo 200 (i, j) is a parameter indicating the ratio (unit: percent) of the pixels having the pixel value (luminance value) of 200 or more in the area image A (i, j) to the total number of effective pixels. , Yu 100 (i, j) is a parameter indicating the ratio (unit: percent) of the pixels having pixel values (luminance values) in the range of 0 to 100 in the area image A (i, j) to the total number of effective pixels. Yu 50 (i, j) is a ratio (unit: percent) to the total number of effective pixels of pixels having pixel values (luminance values) in the range of 0 to 50 in the area image A (i, j). Yu 25 (i, j) is a ratio (unit: percent) to the total number of effective pixels of pixels having pixel values (luminance values) within the range of 0 to 25 in the area image A (i, j). ) Is another.

撮像制御部24Cは、上記パラメータ群に基づいて、露光条件テーブル25Tにおける露光条件の候補P1〜P4の中から一の露光条件を選択するための指標値Yo200,Yu100,Yu50,Yu25を算出する。具体的には、次式に従って指標値Yo200,Yu100,Yu50,Yu25を算出することができる。 Based on the parameter group, the imaging control unit 24C selects index values Yo 200 , Yu 100 , Yu 50 , Yu 25 for selecting one exposure condition from the exposure condition candidates P1 to P4 in the exposure condition table 25T. Is calculated. Specifically, the index values Yo 200 , Yu 100 , Yu 50 , and Yu 25 can be calculated according to the following formula.

Yo200=MAX{Yo200(i,j)}(i=0〜N−1,j=0〜M−1)
Yu100=MAX{Yu100(i,j)}(i=0〜N−1,j=0〜M−1)
Yu50=MAX{Yu50(i,j)}(i=0〜N−1,j=0〜M−1)
Yu25=MAX{Yu25(i,j)}(i=0〜N−1,j=0〜M−1)
Yo 200 = MAX {Yo 200 (i, j)} (i = 0 to N−1, j = 0 to M−1)
Yu 100 = MAX {Yu 100 (i, j)} (i = 0 to N−1, j = 0 to M−1)
Yu 50 = MAX {Yu 50 (i, j)} (i = 0 to N−1, j = 0 to M−1)
Yu 25 = MAX {Yu 25 (i, j)} (i = 0 to N−1, j = 0 to M−1)

ここで、MAX{X(i,j)}は、N×M個の値X(0,0)〜X(N−1,M−1)のうちの最大値を出力する関数である。   Here, MAX {X (i, j)} is a function that outputs the maximum value among N × M values X (0,0) to X (N−1, M−1).

これら指標値Yo200,Yu100,Yu50,Yu25は、実施の形態1のパラメータYo200,Yu100,Yu50,Yu25と同様に使用される。よって、階調圧縮部35Bは、実施の形態1の階調圧縮部35と同様に、指標値Yo200,Yu100,Yu50,Yu25を用いて露光条件テーブル25Tを参照することで一の露光条件を決定することができる。 These index values Yo 200 , Yu 100 , Yu 50 , Yu 25 are used in the same manner as the parameters Yo 200 , Yu 100 , Yu 50 , Yu 25 of the first embodiment. Therefore, the gradation compression unit 35B is similar to the gradation compression unit 35 of the first embodiment by referring to the exposure condition table 25T using the index values Yo 200 , Yu 100 , Yu 50 , Yu 25 . Exposure conditions can be determined.

度数分布合成部36は、ヒストグラム計測部23Cから供給されたN×M個の輝度ヒストグラムの計測データHd(0,0)〜Hd(N−1,M−1)を全て加算して1フレーム画像Fdの輝度ヒストグラムの計測データを生成する。この計測データは、階調圧縮部35Bに供給される。このため、階調圧縮部35Bは、上記実施の形態2と同様の階調圧縮処理を行うことができる。   The frequency distribution synthesis unit 36 adds all the N × M luminance histogram measurement data Hd (0,0) to Hd (N−1, M−1) supplied from the histogram measurement unit 23 </ b> C to form one frame image. Measurement data of a luminance histogram of Fd is generated. This measurement data is supplied to the gradation compression unit 35B. For this reason, the gradation compression unit 35B can perform gradation compression processing similar to that in the second embodiment.

以上に説明したように実施の形態3によれば、撮像制御部24Cは、複数の領域画像A(0,0)〜A(N−1,M−1)それぞれの輝度ヒストグラムの計測データHd(0,0)〜Hd(N−1,M−1)を用いて露光制御を行うことができる。このため、撮像制御部24Cは、フレーム画像Fdの特定の局所領域で輝度値が飽和している場合のように輝度値の面内分布に偏りがある場合には、輝度値が飽和する画素の割合が最も高い領域に着目して露光条件の切り替え制御を行うことができる。したがって、高露光画像及び低露光画像の撮像時に適正な露光条件を素早く選択することができる。   As described above, according to the third embodiment, the imaging control unit 24C performs the measurement data Hd () of the luminance histogram of each of the plurality of area images A (0, 0) to A (N−1, M−1). Exposure control can be performed using 0,0) to Hd (N-1, M-1). For this reason, the imaging control unit 24C determines whether the luminance value is saturated when the in-plane distribution of the luminance value is biased as in the case where the luminance value is saturated in a specific local region of the frame image Fd. Focusing on the region with the highest ratio, exposure condition switching control can be performed. Accordingly, it is possible to quickly select an appropriate exposure condition when capturing a high exposure image and a low exposure image.

実施の形態4.
次に、本発明に係る実施の形態4について説明する。本実施の形態の撮像装置の構成は、階調圧縮部の構成の一部を除いて、実施の形態1の撮像装置の構成と同じである。このため、図1を参照しつつ本実施の形態の階調圧縮処理について説明する。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described. The configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment is the same as the configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment except for a part of the configuration of the gradation compression unit. For this reason, the gradation compression processing of the present embodiment will be described with reference to FIG.

画像処理部20が動画撮像モードで動作するとき、図3に示されるように低露光画像と高露光画像とが交互に撮像される。このとき、階調圧縮部35は、制御パラメータの現在値Yavg(p)をその前回値Yavg(p−1)から一定範囲内に制限する機能を有する。ここで、pは、合成画像Fcの番号を表す整数である。   When the image processing unit 20 operates in the moving image capturing mode, a low exposure image and a high exposure image are alternately captured as shown in FIG. At this time, the gradation compression unit 35 has a function of limiting the current value Yavg (p) of the control parameter within a certain range from the previous value Yavg (p−1). Here, p is an integer representing the number of the composite image Fc.

図20は、制御パラメータ制限処理の手順を示すフローチャートである。図20に示されるように、階調圧縮部35は、制御パラメータの現在値Yavg(p)が前回値Yavg(p−1)から一定範囲内の上限値UL(=Yavg(p−1)+Δ)を超えているかどうかを判定する(ステップS11)。現在値Yavg(p)が上限値ULを超えていない場合は(ステップS11のNO)、階調圧縮部35は、さらに現在値Yavg(p)が前回値Yavg(p−1)から一定範囲内の下限値LL(=Yavg(p−1)−Δ)未満かどうかを判定する(ステップS12)。現在値Yavg(p)が下限値LL未満ではない場合には(ステップS12のNO)、階調圧縮部35は、現在値Yavg(p)をそのまま使用して階調レベル変換の特性曲線を決定する(ステップS13)。   FIG. 20 is a flowchart showing the procedure of the control parameter restriction process. As shown in FIG. 20, the gradation compression unit 35 determines that the current value Yavg (p) of the control parameter is an upper limit value UL (= Yavg (p−1) + Δ) within a certain range from the previous value Yavg (p−1). ) Is determined (step S11). When the current value Yavg (p) does not exceed the upper limit value UL (NO in step S11), the gradation compression unit 35 further determines that the current value Yavg (p) is within a certain range from the previous value Yavg (p-1). It is determined whether it is less than the lower limit LL (= Yavg (p−1) −Δ) (step S12). When the current value Yavg (p) is not less than the lower limit value LL (NO in step S12), the gradation compression unit 35 determines the gradation level conversion characteristic curve using the current value Yavg (p) as it is. (Step S13).

一方、現在値Yavg(p)が上限値ULを超えている場合は(ステップS11のYES)、階調圧縮部35は、現在値Yavg(p)を上限値ULに置き換え(ステップS14)、その後、特性曲線を決定する(ステップS13)。他方、現在値Yavg(p)が下限値LL未満の場合は(ステップS12のYES)、階調圧縮部35は、現在値Yavg(p)を下限値LLに置き換え(ステップS15)、その後、特性曲線を決定する(ステップS13)。   On the other hand, when the current value Yavg (p) exceeds the upper limit value UL (YES in step S11), the gradation compression unit 35 replaces the current value Yavg (p) with the upper limit value UL (step S14), and thereafter Then, a characteristic curve is determined (step S13). On the other hand, when the current value Yavg (p) is less than the lower limit value LL (YES in step S12), the gradation compression unit 35 replaces the current value Yavg (p) with the lower limit value LL (step S15), and then the characteristics. A curve is determined (step S13).

図21(A)は、制御パラメータの前回値Yavg(p−1)に対する特性曲線を例示するグラフであり、図21(B)は、制御パラメータの3種類の現在値Yavg(0)(p),Yavg(1)(p),Yavg(2)(p)に対する特性曲線CL0,CL1,CL2を例示するグラフである。現在値Yavg(0)(p)は、前回値Yavg(p−1)を中心とする一定範囲内にあるので、図21(B)に示されるような特性曲線CL0が生成される。現在値Yavg(1)(p)は、前回値Yavg(p−1)を中心とする一定範囲の上限値UL(=Yavg(p−1)+Δ)を超えているので、図21(B)に示されるような特性曲線CL1が生成される。また、現在値Yavg(2)(p)は、前回値Yavg(p−1)を中心とする一定範囲の下限値LL(=Yavg(p−1)−Δ)を下回っているので、図21(B)に示されるような特性曲線CL2が生成される。 FIG. 21A is a graph illustrating a characteristic curve with respect to the previous value Yavg (p−1) of the control parameter. FIG. 21B shows three types of current values Yavg (0) (p) of the control parameter. , Yavg (1) (p), Yavg (2) is a graph illustrating characteristic curves CL0, CL1, and CL2 with respect to (p). Since the current value Yavg (0) (p) is within a certain range centered on the previous value Yavg (p−1), a characteristic curve CL0 as shown in FIG. 21B is generated. Since the current value Yavg (1) (p) exceeds the upper limit value UL (= Yavg (p−1) + Δ) within a certain range centered on the previous value Yavg (p−1), FIG. A characteristic curve CL1 as shown in FIG. Further, since the current value Yavg (2) (p) is below the lower limit value LL (= Yavg (p−1) −Δ) within a certain range centered on the previous value Yavg (p−1), FIG. A characteristic curve CL2 as shown in (B) is generated.

以上に説明したように本実施の形態の制御パラメータ制限処理により、制御パラメータの変動幅を一定範囲内に抑えることができるので、被写体条件や露光条件の急激な変動に対する階調圧縮処理の過敏な反応を抑えて処理を安定化させることができる。   As described above, the control parameter restriction process according to the present embodiment can suppress the fluctuation range of the control parameter within a certain range, so that the gradation compression process is sensitive to a sudden change in the subject condition and the exposure condition. The reaction can be suppressed and the treatment can be stabilized.

実施の形態1〜4の変形例.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態1〜4は、2枚のディジタル画像(高露光画像と低露光画像)を用いて合成画像を生成するものであったが、これに限定されるものではない。3枚以上のN枚(Nは3以上の整数)のディジタル画像から合成画像を生成するように構成を適宜変更することも可能である。
Modified example of the first to fourth embodiments.
As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are illustrations of this invention and can also employ | adopt various forms other than the above. For example, although the first to fourth embodiments generate a composite image using two digital images (a high exposure image and a low exposure image), the present invention is not limited to this. It is also possible to appropriately change the configuration so as to generate a composite image from three or more N (N is an integer of 3 or more) digital images.

また、上記実施の形態1のヒストグラム計測部23及び撮像制御部24を、実施の形態3のヒストグラム計測部23C及び撮像制御部24Cに置き換えることで構成される形態もあり得る。   Further, there may be a configuration configured by replacing the histogram measurement unit 23 and the imaging control unit 24 of the first embodiment with the histogram measurement unit 23C and the imaging control unit 24C of the third embodiment.

また、上記画像処理部20,20B,20Cの機能の全部または一部は、ハードウェア構成で実現されてもよいし、あるいは、マイクロプロセッサにより実行されるコンピュータプログラムで実現されてもよい。上記画像処理部20,20B,20Cの機能の一部がコンピュータプログラムで実現される場合、マイクロプロセッサは、不揮発性メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体からコンピュータプログラムをロードし実行することによって画像処理部20,20B,20Cの機能を実現することができる。   In addition, all or part of the functions of the image processing units 20, 20B, and 20C may be realized by a hardware configuration, or may be realized by a computer program executed by a microprocessor. When some of the functions of the image processing units 20, 20B, and 20C are realized by a computer program, the microprocessor loads and executes the computer program from a computer-readable recording medium such as a non-volatile memory to execute image processing. The functions of the units 20, 20B, and 20C can be realized.

また、画像監視装置、画像表示装置あるいは画像記録装置といった電子機器に上記撮像装置1〜3を組み込むことが可能である。   In addition, the imaging devices 1 to 3 can be incorporated in an electronic device such as an image monitoring device, an image display device, or an image recording device.

1〜3 撮像装置、 10 撮像部、 12 撮像光学系、 13 固体撮像素子、 14 フロントエンド部、 20,20B,20C 画像処理部、 21 信号処理部、 22 フレームバッファ、 23,23C ヒストグラム計測部、 24,24C 撮像制御部、 25T 露光条件テーブル、 31 画像合成部、 311 係数乗算部、 311s,311t 乗算器、 312 加算部、 313 合成比率算出用LUT(ルックアップテーブル)、 314s,314t 合成比率乗算部、 315 合成処理部、 33 平均値算出部、 34 ヒストグラム計測部、 35,35B 階調圧縮部、 36 度数分布合成部。   1 to 3 imaging devices, 10 imaging units, 12 imaging optical systems, 13 solid-state imaging devices, 14 front end units, 20, 20B, 20C image processing units, 21 signal processing units, 22 frame buffers, 23, 23C histogram measurement units, 24, 24C imaging control unit, 25T exposure condition table, 31 image composition unit, 311 coefficient multiplication unit, 311s, 311t multiplier, 312 addition unit, 313 composition ratio calculation LUT (lookup table), 314s, 314t composition ratio multiplication Unit, 315 synthesis processing unit, 33 average value calculation unit, 34 histogram measurement unit, 35, 35B gradation compression unit, 36 frequency distribution synthesis unit.

Claims (15)

撮像部で撮像された画像を表す画像信号を処理する画像処理装置であって、
前記画像信号の輝度ヒストグラムを計測する露光制御用ヒストグラム計測部と、
前記撮像部に対する複数の露光条件の候補と輝度ヒストグラムとの間の対応関係が予め記憶されている露光条件テーブルと、
前記撮像部により第1の露光量で撮像された高露光画像を表す高露光画像信号と前記撮像部により前記第1の露光量よりも低い第2の露光量で撮像された低露光画像を表す低露光画像信号とを合成して、前記高露光画像信号及び前記低露光画像信号の階調数よりも高い階調数の合成画像信号を生成する画像合成部と、
入力階調レベルと出力階調レベルとの対応関係を定める階調変換特性を有し、該階調変換特性に基づいて、入力された前記合成画像信号の階調数を圧縮する階調圧縮部と、
前記合成画像信号で表される合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記撮像部の露光条件を制御する撮像制御部と
を備え、
前記撮像制御部は、前記露光条件テーブルを参照して前記複数の露光条件の候補の中から前記露光制御用ヒストグラム計測部で計測された当該輝度ヒストグラムに対応する露光条件を選択するとともに、当該選択された露光条件を前記撮像部に設定し、
前記階調圧縮部は、前記制御パラメータに基づいて、前記撮像部の露光条件の切り替えによる前記合成画像の明るさの変化を補償するように前記階調変換特性を変化させる
ことを特徴とする画像処理装置。
An image processing apparatus that processes an image signal representing an image captured by an imaging unit,
An exposure control histogram measurement unit for measuring a luminance histogram of the image signal;
An exposure condition table in which correspondences between a plurality of exposure condition candidates and a luminance histogram for the imaging unit are stored in advance;
A high-exposure image signal representing a high-exposure image captured at a first exposure amount by the imaging unit and a low-exposure image captured at a second exposure amount lower than the first exposure amount by the imaging unit. An image synthesis unit that synthesizes a low-exposure image signal and generates a composite image signal having a higher number of gradations than the number of gradations of the high-exposure image signal and the low-exposure image signal;
A gradation compression unit that has gradation conversion characteristics that define the correspondence between input gradation levels and output gradation levels, and that compresses the number of gradations of the input composite image signal based on the gradation conversion characteristics When,
A parameter calculation unit for calculating a control parameter characterizing the brightness of the composite image represented by the composite image signal;
An imaging control unit that controls an exposure condition of the imaging unit;
The imaging control unit selects an exposure condition corresponding to the luminance histogram measured by the exposure control histogram measurement unit from the plurality of exposure condition candidates with reference to the exposure condition table, and the selection Set the exposed exposure condition in the imaging unit,
The gradation compression unit changes the gradation conversion characteristic so as to compensate for a change in brightness of the composite image due to switching of an exposure condition of the imaging unit based on the control parameter. Processing equipment.
請求項1に記載の画像処理装置であって、前記階調圧縮部は、前記撮像部の露光条件の切り替えに応じて前記合成画像の明るさが低減したときは、前記階調変換特性の出力階調レベルを増大させ、前記撮像部の露光条件の切り替えに応じて前記合成画像の明るさが増大したときは、前記階調変換特性の出力階調レベルを低下させることを特徴とする画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 1, wherein the gradation compression unit outputs the gradation conversion characteristics when the brightness of the composite image is reduced in accordance with switching of an exposure condition of the imaging unit. An image processing characterized by increasing a gradation level and decreasing an output gradation level of the gradation conversion characteristic when the brightness of the composite image increases in accordance with switching of an exposure condition of the imaging unit apparatus. 請求項2に記載の画像処理装置であって、前記パラメータ算出部は、前記合成画像信号の平均輝度値を前記制御パラメータとして算出することを特徴とする画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 2, wherein the parameter calculation unit calculates an average luminance value of the synthesized image signal as the control parameter. 請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の画像処理装置であって、
前記合成画像信号の輝度ヒストグラムを計測する階調変換用ヒストグラム計測部をさらに備え、
前記階調圧縮部は、前記階調変換用ヒストグラム計測部で計測された当該輝度ヒストグラムに基づいて前記合成画像の実効ダイナミックレンジを検出し、前記実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲が拡大するように前記階調変換特性を変化させる
ことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A gradation conversion histogram measurement unit for measuring a luminance histogram of the composite image signal;
The gradation compression unit detects an effective dynamic range of the composite image based on the luminance histogram measured by the gradation conversion histogram measurement unit, and an output gradation level range corresponding to the effective dynamic range is expanded. An image processing apparatus characterized by changing the gradation conversion characteristics.
請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の画像処理装置であって、
前記露光制御用ヒストグラム計測部は、前記低露光画像の第1の輝度ヒストグラムと前記高露光画像の第2の輝度ヒストグラムとを計測し、
前記階調圧縮部は、前記第1及び第2の輝度ヒストグラムに基づいて前記合成画像の実効ダイナミックレンジを検出し、前記実効ダイナミックレンジに対応する出力階調レベル範囲が拡大するように前記階調変換特性を変化させる
ことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The exposure control histogram measurement unit measures a first luminance histogram of the low exposure image and a second luminance histogram of the high exposure image,
The gradation compression unit detects an effective dynamic range of the composite image based on the first and second luminance histograms, and the gradation is expanded so that an output gradation level range corresponding to the effective dynamic range is expanded. An image processing apparatus characterized by changing conversion characteristics.
請求項5に記載の画像処理装置であって、前記階調圧縮部は、前記第1の輝度ヒストグラムに基づいて前記低露光画像の実効ダイナミックレンジを検出するとともに前記第2の輝度ヒストグラムに基づいて前記高露光画像の実効ダイナミックレンジを検出し、前記低露光画像の実効ダイナミックレンジに対応する階調レベル範囲の上限値と前記高露光画像の実効ダイナミックレンジに対応する階調レベル範囲の上限値との平均値を前記合成画像の実効ダイナミックレンジの上限値とすることを特徴とする画像処理装置。   6. The image processing apparatus according to claim 5, wherein the gradation compression unit detects an effective dynamic range of the low-exposure image based on the first luminance histogram and based on the second luminance histogram. Detecting an effective dynamic range of the high-exposure image; an upper limit value of a gradation level range corresponding to the effective dynamic range of the low-exposure image; and an upper limit value of a gradation level range corresponding to the effective dynamic range of the high-exposure image; An average value of the image is used as an upper limit value of the effective dynamic range of the composite image. 請求項1から6のうちのいずれか1項に記載の画像処理装置であって、
前記画像合成部は、
前記低露光画像信号及び前記高露光画像信号の輝度成分にそれぞれ重み係数を乗算して第1及び第2の重み付き輝度成分を生成する重み係数乗算部と、
前記第1及び第2の重み付き輝度成分を加算する加算部と、
前記加算部の出力信号に応じて前記低露光画像信号及び前記高露光画像信号にそれぞれ割り当てるべき第1及び第2の合成比率を決定する合成比率算出部と、
前記低露光画像信号及び前記高露光画像信号に前記第1及び第2の合成比率をそれぞれ乗算して第1及び第2の乗算信号を生成する合成比率乗算部と、
前記第1及び第2の乗算信号を加算して前記合成画像信号を生成する合成処理部と
を含むことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The image composition unit
A weighting factor multiplier that multiplies the luminance components of the low-exposure image signal and the high-exposure image signal by weighting factors, respectively, to generate first and second weighted luminance components;
An adder for adding the first and second weighted luminance components;
A synthesis ratio calculation unit that determines first and second synthesis ratios to be assigned to the low-exposure image signal and the high-exposure image signal, respectively, according to the output signal of the addition unit;
A synthesis ratio multiplier for multiplying the low exposure image signal and the high exposure image signal by the first and second synthesis ratios, respectively, to generate first and second multiplication signals;
An image processing apparatus comprising: a synthesis processing unit that adds the first and second multiplication signals to generate the synthesized image signal.
請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の画像処理装置であって、前記画像信号の輝度ヒストグラムは、1フレーム画像単位で算出されることを特徴とする画像処理装置。   8. The image processing apparatus according to claim 1, wherein a luminance histogram of the image signal is calculated in units of one frame image. 請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の画像処理装置であって、
前記露光制御用ヒストグラム計測部は、前記画像信号で表される入力画像の1フレーム分を複数の領域画像に分割し、前記複数の領域画像それぞれの複数の輝度ヒストグラムを前記画像信号の輝度ヒストグラムとして計測し、
前記撮像制御部は、前記露光制御用ヒストグラム計測部で計測された当該複数の輝度ヒストグラムの特徴を表すパラメータを前記領域画像毎に算出し、前記パラメータに基づいて、前記複数の露光条件の候補の中から一の露光条件を選択するための指標値を算出する
ことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The exposure control histogram measurement unit divides one frame of the input image represented by the image signal into a plurality of region images, and uses a plurality of luminance histograms of the plurality of region images as luminance histograms of the image signals. Measure and
The imaging control unit calculates a parameter representing the characteristics of the plurality of luminance histograms measured by the exposure control histogram measurement unit for each of the region images, and based on the parameter, the plurality of exposure condition candidate candidates An image processing apparatus that calculates an index value for selecting one of the exposure conditions.
請求項1から9のうちのいずれか1項に記載の画像処理装置であって、
前記撮像制御部は、前記高露光画像と前記低露光画像とを前記撮像部に交互に撮像させ、
前記画像合成部は、前記高露光画像と前記低露光画像との組が撮像される度に前記合成画像信号を生成し、
前記階調圧縮部は、前記制御パラメータの現在値を前記制御パラメータの前回値から一定範囲内に制限する
ことを特徴とする画像処理装置。
The image processing device according to any one of claims 1 to 9,
The imaging control unit causes the imaging unit to alternately capture the high exposure image and the low exposure image,
The image composition unit generates the composite image signal each time a set of the high exposure image and the low exposure image is captured,
The image processing apparatus, wherein the gradation compression unit limits a current value of the control parameter within a certain range from a previous value of the control parameter.
請求項1から10のうちのいずれか1項に記載の画像処理装置であって、
前記撮像部は、
レンズと絞り機構とを有する撮像光学系と、
前記撮像光学系により結像された光学像を光電変換する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力を増幅する増幅器と
を含み、
前記撮像制御部は、前記固体撮像素子の露光時間と前記増幅器のゲインと前記絞り機構の絞り値とのうち少なくとも1つを制御することで前記露光条件を制御する
ことを特徴とする画像処理装置。
An image processing apparatus according to any one of claims 1 to 10,
The imaging unit
An imaging optical system having a lens and a diaphragm mechanism;
A solid-state imaging device that photoelectrically converts an optical image formed by the imaging optical system;
An amplifier that amplifies the output of the solid-state imaging device,
The image processing apparatus controls the exposure condition by controlling at least one of an exposure time of the solid-state image sensor, a gain of the amplifier, and an aperture value of the aperture mechanism. .
撮像部と、
前記撮像部で撮像された画像を表す画像信号の輝度ヒストグラムを計測する露光制御用ヒストグラム計測部と、
前記撮像部に対する複数の露光条件の候補と輝度ヒストグラムの複数の頻度分布との間の対応関係が記憶されている露光条件テーブルと、
前記撮像部により第1の露光量で撮像された高露光画像を表す高露光画像信号と前記撮像部により前記第1の露光量よりも低い第2の露光量で撮像された低露光画像を表す低露光画像信号とを合成して、前記高露光画像信号及び前記低露光画像信号の階調数よりも高い階調数の合成画像信号を生成する画像合成部と、
入力階調レベルと出力階調レベルとの対応関係を定める階調変換特性を有し、該階調変換特性に基づいて、入力された前記合成画像信号の階調数を圧縮する階調圧縮部と、
前記合成画像信号で表される合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記撮像部の露光条件を制御する撮像制御部と
を備え、
前記撮像制御部は、前記露光条件テーブルを参照して前記複数の露光条件の候補の中から前記露光制御用ヒストグラム計測部で計測された当該輝度ヒストグラムに対応する露光条件を選択するとともに、当該選択された露光条件を前記撮像部に設定し、
前記階調圧縮部は、前記制御パラメータに基づいて、前記撮像部の露光条件の切り替えによる前記合成画像の明るさの変化を補償するように前記階調変換特性を変化させる
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging unit;
An exposure control histogram measurement unit that measures a luminance histogram of an image signal representing an image captured by the imaging unit;
An exposure condition table in which correspondence relationships between a plurality of exposure condition candidates for the imaging unit and a plurality of frequency distributions of a luminance histogram are stored;
A high-exposure image signal representing a high-exposure image captured at a first exposure amount by the imaging unit and a low-exposure image captured at a second exposure amount lower than the first exposure amount by the imaging unit. An image synthesis unit that synthesizes a low-exposure image signal and generates a composite image signal having a higher number of gradations than the number of gradations of the high-exposure image signal and the low-exposure image signal;
A gradation compression unit that has gradation conversion characteristics that define the correspondence between input gradation levels and output gradation levels, and that compresses the number of gradations of the input composite image signal based on the gradation conversion characteristics When,
A parameter calculation unit for calculating a control parameter characterizing the brightness of the composite image represented by the composite image signal;
An imaging control unit that controls an exposure condition of the imaging unit;
The imaging control unit selects an exposure condition corresponding to the luminance histogram measured by the exposure control histogram measurement unit from the plurality of exposure condition candidates with reference to the exposure condition table, and the selection Set the exposed exposure condition in the imaging unit,
The gradation compression unit changes the gradation conversion characteristic so as to compensate for a change in brightness of the composite image due to switching of an exposure condition of the imaging unit based on the control parameter. apparatus.
請求項12に記載の撮像装置であって、前記階調圧縮部は、前記撮像部の露光条件の切り替えに応じて前記合成画像の明るさが低減したときは、前記階調変換特性の出力階調レベルを増大させ、前記撮像部の露光条件の切り替えに応じて前記合成画像の明るさが増大したときは、前記階調変換特性の出力階調レベルを低下させることを特徴とする撮像装置。   13. The imaging apparatus according to claim 12, wherein when the brightness of the composite image is reduced according to switching of exposure conditions of the imaging unit, the gradation compression unit outputs an output floor of the gradation conversion characteristics. An image pickup apparatus that increases a tone level and reduces an output gradation level of the gradation conversion characteristic when the brightness of the composite image increases in accordance with switching of an exposure condition of the image pickup unit. 撮像部で撮像された画像を表す画像信号を処理する画像処理方法であって、
前記画像信号の輝度ヒストグラムを計測するステップと、
前記撮像部により第1の露光量で撮像された高露光画像を表す高露光画像信号と前記撮像部により前記第1の露光量よりも低い第2の露光量で撮像された低露光画像を表す低露光画像信号とを合成して、前記高露光画像信号及び前記低露光画像信号の階調数よりも高い階調数の合成画像信号を生成するステップと、
前記合成画像信号を入力とし、入力階調レベルと出力階調レベルとの対応関係を定める階調変換特性に基づいて前記合成画像信号の階調数を圧縮するステップと、
前記合成画像信号で表される合成画像の明るさを特徴付ける制御パラメータを算出するステップと、
前記撮像部に対する複数の露光条件の候補と輝度ヒストグラムの複数の頻度分布との間の対応関係が記憶されている露光条件テーブルを参照して、前記複数の露光条件の候補の中から前記輝度ヒストグラムに対応する露光条件を選択するステップと、
当該選択された露光条件を前記撮像部に設定するステップと、
前記制御パラメータに基づいて、前記撮像部の露光条件の切り替えによる前記合成画像の明るさの変化を補償するように前記階調変換特性を変化させるステップと
を備えることを特徴とする画像処理方法。
An image processing method for processing an image signal representing an image captured by an imaging unit,
Measuring a luminance histogram of the image signal;
A high-exposure image signal representing a high-exposure image captured at a first exposure amount by the imaging unit and a low-exposure image captured at a second exposure amount lower than the first exposure amount by the imaging unit. Combining a low-exposure image signal to generate a composite image signal having a higher number of gradations than the number of gradations of the high-exposure image signal and the low-exposure image signal;
Compressing the number of gradations of the composite image signal based on a gradation conversion characteristic that takes the composite image signal as input and defines a correspondence relationship between an input gradation level and an output gradation level;
Calculating a control parameter characterizing the brightness of the composite image represented by the composite image signal;
With reference to an exposure condition table in which correspondences between a plurality of exposure condition candidates for the imaging unit and a plurality of frequency distributions of the brightness histogram are stored, the brightness histogram is selected from the plurality of exposure condition candidates. Selecting an exposure condition corresponding to
Setting the selected exposure condition in the imaging unit;
And a step of changing the gradation conversion characteristic so as to compensate for a change in brightness of the composite image due to switching of an exposure condition of the imaging unit based on the control parameter.
請求項14に記載の画像処理方法であって、
前記階調変換特性を変化させる当該ステップは、
前記撮像部の露光条件の切り替えに応じて前記合成画像の明るさが低減したときは、前記階調変換特性の出力階調レベルを増大させるステップと、
前記撮像部の露光条件の切り替えに応じて前記合成画像の明るさが増大したときは、前記階調変換特性の出力階調レベルを低下させるステップと
を含むことを特徴とする画像処理方法。
The image processing method according to claim 14, comprising:
The step of changing the gradation conversion characteristic includes:
Increasing the output gradation level of the gradation conversion characteristics when the brightness of the composite image is reduced in response to switching of the exposure conditions of the imaging unit;
And a step of reducing an output gradation level of the gradation conversion characteristic when the brightness of the composite image increases in response to switching of an exposure condition of the imaging unit.
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