JP2016086203A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガンマ補正の特性を変更して、映像に効果を与える際に、全体的な明るさが変動すると、所望の効果を与えることができない。【解決手段】基準以外のガンマ補正特性が選択されている時、評価値の変化に応じてガンマ補正特性を変更する。ガンマ補正特性の変更は評価値の比率分入力値が異なる時に基準のガンマ補正特性との出力比が保たれるように変更する。【選択図】図２

Description

本発明は、ガンマ補正に関し、特に露出の変動に伴うガンマ補正特性の制御に関する。

デジタルビデオカメラで撮影を行う際に、映像に効果を加える機能がある。例えばコントラストや色の濃さを変更することができる。また、効果を組み合わせて映像を変化させる機能もある。例えば映画風の映像にしたり、古いカメラで撮影したような映像にする。

コントラストを変化させる方法の一つとしてガンマ補正特性を変更する方法がある。例えばコントラストを強めたい時には、平均的な明るさはの出力は通常と同様とし、平均より明るい時は出力は通常より高く、暗い時は低くすることでコントラストを強める。また、映像効果を与える際には全体的にガンマ補正特性を変更することにより映像に変化を与えるものもある。

ガンマ補正特性を変更すると階調が良くなる部分と良くならなかった部分が生じる。特許文献１では局所的に階調を変更することで、明部や暗部の階調性の良くならなかった部分を改善する手法を提案している。

特開２０１０−３４８４８号公報

上述のようにコントラストや映像効果のためのガンマ補正特性の変更は通常モードに対してガンマ補正特性を変更することで効果を出している。しかしながら、平均的な明るさが想定しているものと異なると、所望の効果が得られないときがある。例えば平均的な明るさが低くなると、平均的な明るさの信号は低くなり、通常よりも出力は低くなる。平均的な明るさの信号の出力は通常時と比べて同様としたいため、想定とは異なる出力となってしまい、所望の効果を出すことができない。

そこで、本発明の目的は、全体の明るさが変化した際にも、所望の映像効果を与えることのできる撮像装置を提供することにある。また、本発明の目的は、評価値が小さくなった時に所望の映像効果が弱まることを軽減できる撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、画像データから画像の明るさの評価値を算出する評価値算出手段と、１つ以上のガンマ補正特性の種類を選択するガンマ種類選択手段と、前記ガンマ種類選択手段で選択された種類毎の前記評価値算出手段で算出された評価値に応じた複数のガンマ補正特性を記憶するガンマ記憶手段と、前記評価値算出手段で算出された評価値と前記ガンマ種類選択手段で選択された種類に応じて前記ガンマ記憶手段に記憶されているガンマ補正特性を選択するガンマ選択手段と、ガンマ選択手段で選択されたガンマ補正特性に基づき画像データにガンマ補正を行うガンマ補正手段を備え、前記ガンマ記憶手段に記憶されているガンマ補正特性は、種類毎に基準のガンマ補正特性に対する基準以外のガンマ補正特性の出力比が評価値の比率分異なる入力の際に同じ値であることを特徴とする撮像装置である。

請求項２の発明は、請求項１の撮像装置において、評価値の上限値を有し、評価値が上限値を上回る場合、ガンマ補正特性は評価値が上限値の時のガンマ補正特性とすることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の撮像装置において、評価値の下限値を有し、評価値が下限値を下回る場合、ガンマ補正特性は評価値が下限値の時のガンマ補正特性とすることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置において、輝度信号の上限値を設定する輝度信号上限値設定手段と、上限値を超える輝度信号は上限値とする輝度信号クリップ手段を備え、輝度信号の上限値は輝度信号の上限値に評価値を乗じ評価値の上限値で除した値であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の撮像装置において、適正露出時の明るさの基準値である適正値を有し、評価値は常に適正値を基準とすることを特徴とする。

請求項６の発明は、画像データから画像の明るさの評価値を算出する評価値算出手段と、１つ以上のガンマ補正特性の種類を選択するガンマ種類選択手段と、前記ガンマ種類選択手段で選択された種類毎の前記評価値算出手段で算出された評価値に応じた複数のガンマ補正特性を記憶するガンマ記憶手段と、前記評価値算出手段で算出された評価値と前記ガンマ種類選択手段で選択された種類に応じて前記ガンマ記憶手段に記憶されているガンマ補正特性を選択するガンマ選択手段と、ガンマ選択手段で選択されたガンマ補正特性に基づき画像データにガンマ補正を行うガンマ補正手段を備え、前記評価値算出手段で算出された評価値に応じた係数を記憶する係数記憶手段を備え、前記ガンマ記憶手段に記憶されているガンマ補正特性は、基準のガンマ補正特性に対する基準以外のガンマ補正特性の出力比が評価値の比率分異なる入力の際に、比率と基準値の差に評価値に応じた係数を乗じた値に基準値を加えた値であることを特徴とする撮像装置である。

請求項７の発明は、請求項６の撮像装置において、評価値が小さくなると、係数が大きくなることを特徴とする。

請求項１の撮像装置によれば、評価値が変動した場合に、評価値の比率だけ異なる入力の時の基準のガンマ補正特性に対する出力比を維持するため、平均的な明るさに対する一定比率離れた信号の効果を保つことができる。

請求項２、請求項３の撮像装置によれば、評価値の上限値より上、下限値より下のガンマ補正特性を作らないため、予め準備するガンマ補正特性を減らすことができる。

請求項４の撮像装置によれば、評価値に比例して評価値の算出に使用する輝度信号の上限値を変更するため、評価値と輝度信号上限値の関係が一定となり、評価値が変動した時における評価値の算出結果が明るさの変動に対して比例関係に近づけることができる。

請求項５の撮像装置によれば、適正値に対する評価値の比率によりガンマ補正特性の選択を決定するため、目標値が異なった時にもガンマ補正特性を適切に選択することができる。

請求項６、請求項７の撮像装置によれば、出力比の形状は維持したまま、１に対する差分を大きくするため、基準のガンマ補正特性と基準以外のガンマ補正特性の差分が小さくなること緩和し、効果が弱まった用に見えるのを軽減することができる。

第１実施形態に係るデジタルビデオカメラの概略構成を示すブロック図である。 図１に示すデジタルビデオカメラにおいて、コントラストが変更された際の、ガンマ補正特性の選択の一例を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態における評価値が適正値の時のガンマ補正部に設定される非線形特性の例と基準のガンマに対する出力比を示す図である。 第１の実施形態における評価値が適正値の１／２の時のガンマ補正部に設定される非線形特性の例と基準のガンマに対する出力比を示す図である。 第２実施形態に係るデジタルビデオカメラの概略構成を示すブロック図である。 第２の実施形態における評価値が適正値の１／２の時のガンマ補正部に設定される非線形特性の例と基準のガンマに対する出力比を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１に、本実施形態におけるデジタルビデオカメラの概略構成を示すブロック図を示す。図示のデジタルビデオカメラは、光学系１０１、撮像部１０２、アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥ）１０３、信号処理部１０４、測光部１０５、操作部１０６、制御部１０７を有している。

光学系１０１は光量調整に使用するアイリスやＮＤフィルタ、結像やズーミングを行うレンズを有している。撮像部１０２は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーまたはＣＣＤイメージセンサー（図示せず）等の撮像素子を有している。また、撮像部１０２にはタイミングジェネレータ（ＴＧ）も含まれている。

被写体（図示せず）を撮影すると、光学系１０１を通過した光が、撮像部１０２内の撮像素子上に結像される。そして、撮像素子は、結像による像を光電変換して、アナログ画像信号として出力する。この際、制御部１０７によって定められたシャッタースピードでアナログ画像信号を撮像部１０２から出力する。

ＡＦＥ１０３では、このアナログ画像信号をアナログ−デジタル（以下、Ａ／Ｄと呼ぶ）変換して、デジタル画像信号（以下、画像データと呼ぶ）とする。また、撮影状況に応じて信号の増幅も行われる。例えば、暗い被写体の時は信号の増幅値を大きくして、出力を上げる。Ａ／Ｄ変換や信号増幅が行われた画像データは、信号処理部１０４に送られる。

信号処理部１０４はガンマ前信号処理部１０４１、ガンマ補正部１０４２、ガンマ後信号処理部１０４３で構成される。

ガンマ前信号処理部１０４では黒レベルの補正、ホワイトバランスの調整や輪郭補正等の信号処理が行われる。この部分では線形の画像データに対する信号処理を行う。信号処理された画像データはガンマ補正部１０４２に送信される。また、画像データから各画素の輝度信号を生成し測光部１０５に送信する。

ガンマ補正部１０４２では入力信号を非線形変換して出力する。ガンマ補正部１０４２で行われる非線形変換は各入力に対する出力のテーブルデータに基づいて変換される。テーブルデータは制御部１０７により変更することができる。

非線形変換された画像データはガンマ後信号処理部１０４３で非線形の画像データに対する信号処理が行われる。

信号処理された画像データはビデオ信号処理され、ＬＣＤやビューファインダー等の表示装置（図示せず）やモニタアウトとして出力される。

測光部１０５ではガンマ前信号処理部１０４１より出力された輝度信号の特定の枠を代表する値を測光値として出力する。測光値の例としては平均値、積分値、正規化した値等が挙げられる。特定の枠は制御部１０７にて設定される。枠の数は複数であっても良く、その場合は制御部１０７へ出力される測光値は複数の値となる。本実施例では有効画像領域全ての輝度信号の平均値を測光値として出力する。

操作部１０６ではメニュー選択やスイッチの押下など、ユーザの操作に応じて信号を出力し、制御部１０７に送信する。

制御部１０７では測光値に基づいて露出制御に使用する評価値を算出する。評価値は画像データの明るさの指標となる値である。評価値の算出は様々な方法がある。例えば複数の測光値がある場合は重要な枠に重みを付けて平均して評価値とする。また、測光値をシステムの仕様に応じて正規化して評価値としても良い。また、測光値をそのまま評価値として使用しても良い。本実施例では測光値をそのまま評価値とする。つまり評価値は有効画像領域全ての輝度信号の平均値とする。

また、制御部１０７では評価値とユーザの操作に応じて露出制御とガンマ補正特性の変更を行う。

露出制御は評価値、適正値、目標値を用いて行われる。適正値は適正露出時の評価値である。目標値は露出を制御する際に評価値の目標となる値である。露出の変更は光学系１０１に含まれるアイリスの開口量やＮＤフィルタ、撮像部１０２で設定されるシャッタースピード、ＡＦＥ１０３で設定されるゲイン等の露出関連の設定を変更することにより行われる。

自動で露出を制御する場合は、評価値が目標値と同じ値となるように露出関連の設定を変更する。露出は自動で制御するが、明るさを適正からずらして撮影したい時、ユーザの操作に応じて目標値を適正値からずらし、露出の制御を行う。露出をマニュアルで操作する場合は、ユーザの操作通りに各露出関連の設定を変更する。

ガンマ補正特性の変更は評価値とユーザ操作に応じて行われる。図２に図１に示すデジタルビデオカメラにおいて、コントラストが変更された際の、ガンマ補正特性の選択の一例を説明するためのフローチャートを示す。本実施例のデジタルビデオカメラはコントラストを変更する機能を有する。コントラストの変更はユーザーの操作により変更される。コントラストは強と弱を有する。コントラストはガンマ補正特性を変更することにより実現している。

ユーザが録画待機状態や録画中のような状態を選択すると、制御部１０７は撮影モードを開始する。Ｓ２０１では制御部１０７はユーザの操作により設定されているカメラの状態に基づきガンマ補正特性の種類を選択する。ユーザの選択はコントラスト強、コントラスト弱、変更無しの３種類があり、それぞれガンマ補正特性の種類は基準、強、弱の３種類存在し、制御部１０７はカメラの設定に基づき３種類のいずれかを選択する。

次にＳ２０２では制御部１０７は選択したガンマ補正特性の種類が基準か否かを判定する。基準の場合はＳ２０３に進み、基準ではない、つまりコントラスト強か弱の場合はＳ２０６に進む。

Ｓ２０３では制御部１０７は基準のガンマ補正特性をガンマ補正部１０４２に設定する。

Ｓ２０４では制御部１０７は撮影モードを終了するか否かを判定する。ユーザが再生モードへの変更や電源ＯＦＦ等の撮影モードを終了する操作を行うと、制御部１０７は撮影モードを終了する。撮影モードを終了しない場合はＳ２０５に進む。

Ｓ２０５では制御部１０７はコントラストの変更を行うか否かを判定する。ユーザがコントラストの変更を行うと、Ｓ２０１に進む。コントラストの変更が行われていない場合はＳ２０４に進む。

Ｓ２０６では制御部１０７は評価値に応じたガンマ補正特性を選択し、ガンマ補正部１０４２に設定する。

Ｓ２０７では制御部１０７は撮影モードを終了するか否かを判定する。ユーザが再生モードへの変更や電源ＯＦＦ等の撮影モードを終了する操作を行うと、制御部１０７は撮影モードを終了する。撮影モードを終了しない場合はＳ２０８に進む。

Ｓ２０８では制御部１０７はコントラストの変更を行うか否かを判定する。ユーザが操作コントラストの変更を行うと、Ｓ２０１に進む。コントラストの変更が行われていない場合はＳ２０６に進む。

Ｓ２０６では制御部１０７は評価値に応じたガンマ補正特性を選択する。評価値とガンマ補正特性の関係に関して以下に説明を行う。図３に評価値が適正値の時のガンマ補正部に設定される非線形特性の例と基準のガンマに対する出力比を示す。また、図４に評価値が適正値の１／２の時のガンマ補正部に設定される非線形特性の例と基準のガンマに対する出力比を示す。

図３（ａ）は評価値が適正値の時の基準のガンマ補正とコントラスト強のガンマ補正の特性である。また、図３（ｂ）は評価値が適正値の時の、基準のガンマ補正特性に対するコントラスト強のガンマ補正特性の出力の比を示す。

図４（ａ）は評価値が適正値の１／２の時の基準のガンマ補正とコントラスト強のガンマ補正の特性である。また、図４（ｂ）に評価値が適正値の１／２の時の基準のガンマ補正特性に対するコントラスト強のガンマ補正特性の出力の比を示す。

図３と図４の（ｂ）に示した出力比は、評価値の比率分異なる入力値で同じ出力比となるようにガンマ補正特性を決定している。図３の時に対する図４の時の評価値の比率は１／２であるため、図３（ｂ）の入力値Ａの時の出力比と図４（ｂ）の入力１／２Ａの時の出力比は同じ１倍とする。同様に図３（ｂ）の入力値Ｂの時の出力比と図４（ｂ）の入力１／２Ｂの時の出力比は同じ最小値、図３（ｂ）の入力値Ｃの時の出力比と図４（ｂ）の入力１／２Ｃの時の出力比は同じ最大値とする。

他の評価値の場合も同様にガンマ補正特性を決定する。記憶部の容量不足等でガンマ補正特性が評価値の数だけ準備できないときは、評価値を丸めてガンマ補正特性選択用の評価値を生成し、特性の本数を減らしても良い。その場合はガンマ補正特性の切り替わりが見える可能性があるので注意が必要となる。丸められた評価値では補間してガンマ補正特性を生成しても良い。この場合は想定しているガンマ補正特性とのずれを認識しておく必要がある。また、評価値の上限値と下限値を決めておいてもガンマ補正特性の本数を減らすことが可能となる。評価値が上限値を上回った時は上限値の時のガンマ補正特性、評価値が下限値を下回った時は下限値の時のガンマ補正特性とする。

また、コントラスト弱のように他のガンマ補正特性が選択された場合は、出力比の形状が異なるが、同様の方法で評価値に応じたガンマ補正特性を決定することができる。本実施例ではガンマ補正特性の変更はコントラストの変更のみとしていたが、他にガンマ補正特性を変更する機能がある場合も同様に評価値に応じてガンマ補正特性を決定することができる。機能によって評価値に応じてのガンマ補正特性の変更をするかしないかを切り替えても良い。

以上述べてきたように、本実施形態のデジタルビデオカメラによれば、評価値が変動した場合に、評価値の比率だけ異なる入力の時の、基準のガンマ補正特性に対する出力比を維持するため、平均的な明るさに対して一定比率離れた信号の効果を保つことができる。

また、適正値に対する評価値の比率に応じてガンマ補正特性を変更しているため、目標値が変更された時も同様に画質効果を保つことができる。

また、適正値を丸めることや上限値、下限値を定めることで、ガンマ補正特性の本数を減らした状態で、画質効果の変動を緩和することができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では評価値は有効領域の輝度信号の平均値としていた。しかしながら同じ映像でも露出を下げると、入力信号の最大値以上の信号が下回ってくる。すると、同じ被写体を撮影した状態で露出の変更を行うと、評価値は露出の変更に対して比例しない。例えば、適正露出の時の評価値に対して、適正露出から１段露出を下げた時の評価値が１／２とならない。

本実施形態では上述の課題を解決するための例を示す。図５に本実施形態におけるデジタルビデオカメラの概略構成図を示す。図示のデジタルビデオカメラは、図１の構成に加えてガンマ補正用測光部５０２を備える。ガンマ補正用測光部５０１以外の部分に関しては実施例１と同様であるため、説明は省略する。

ガンマ補正用測光部５０１では、まず、入力された輝度信号に対して輝度信号上限値を超えた信号を輝度信号上限値とし、次に有効画素領域全ての平均値を出力する。輝度信号上限値は可変で、制御部１０７により設定される。

制御部１０７ではガンマ補正用測光部５０１から出力された測光値を用いてガンマ補正用評価値を算出する。輝度信号上限値は入力の最大値と算出されたガンマ補正用評価値に応じて以下の数式で求める。

例えば、ガンマ補正用評価値がガンマ補正用評価値上限値である時に、入力の最大値を超えた信号は最大値となる。同じ被写体を撮影しながら露出を１段絞ると光量は半分になる。この時、入力の最大値を超えていた信号の中で、入力の最大値の２倍までであった信号は、１段絞ったことにより入力の最大値を下回る。ガンマ補正用評価値は１段絞ることにより下がるため、輝度信号上限値は低くなる。輝度信号上限値が低くなることによりガンマ補正用評価値が下がり、さらに輝度信号上限値が下がる。この繰り返しを行うと、ガンマ補正用評価値はガンマ補正用評価値上限値のおおよそ１／２となる。

ガンマ補正特性の選択のフローやガンマ補正特性の決定の方法は実施例１と同様であるので省略する。ただし、評価値はガンマ補正用評価値を使用する。

以上述べてきたように、本実施形態のデジタルビデオカメラによれば、評価値に比例して評価値の算出に使用する輝度信号の上限値を変更するため、評価値と輝度信号上限値の関係が一定となり、評価値が変動した時における評価値の算出結果が明るさの変動に対して比例関係に近づけることができる。

＜第３の実施形態＞
第１、第２の実施形態では、図３（ｂ）のある入力値に対する出力比は、図４（ｂ）のある入力値の半分の入力値に対する出力比と同様である。しかしながら、入力値が半分になると、基準のガンマ補正特性の出力が低くなるので、出力比が一定であると差分は小さくなる。そのため評価値が小さくなると、効果が弱くなったように感じる場合がある。

本実施形態では上述の課題を解決する例を示す。概略構成、ガンマ補正特性の選択のフローは実施例１と同様とし、説明は省略する。本実施例ではガンマ補正特性の決定方法が異なる。

評価値が適正値と同様の時、基準のガンマ補正特性とコントラスト強のガンマ補正特性は図３（ａ）、出力比は図３（ｂ）で同様であるとする。本実施例における評価値が適正値の１／２の時のガンマ補正特性を図６（ａ）、出力比を図６（ｂ）に示す。

出力比の形状は実施例１で評価値が適正値の１／２の時の図４（ｂ）と同じである。図６（ｂ）の出力比ｒ６ｂ（ｘ）は図３（ｂ）の出力比をｒ３ｂ（ｘ）とすると

となる。Ｋ０．５は評価値が適正値の１／２の時の係数である。Ｋ０．５が１より大きければ出力比が大きくなり、Ｋ０．５が１より小さければ出力比が小さくなる。本実施例ではＫ０．５は１より大きな値とする。評価値が小さくなるに従い係数Ｋは大きくなるようにする。

式（２）を満たすようにガンマ補正特性を決定する。他の評価値に対応するガンマ補正特性はＫを変更し、同様にガンマ補正特性を決定する。

以上述べてきたように、本発明によれば、出力比の形状は維持したまま１に対する差分を大きくするため、基準のガンマ補正特性と基準以外のガンマ補正特性の差分が小さくなること緩和し、効果が弱まった用に見えるのを軽減することができる。

１０１ 光学系、１０２ 撮像部、１０３ ＡＦＥ、１０４ 信号処理部、
１０４１ ガンマ前信号処理部、１０４１ ガンマ補正部、
１０４１ ガンマ後信号処理部、１０５ 測光部、１０６ 操作部、１０７ 制御部、
５０１ ガンマ補正用測光部

Claims (7)

1. 画像データから画像の明るさの評価値を算出する評価値算出手段と、１つ以上のガンマ補正特性の種類を選択するガンマ種類選択手段と、前記ガンマ種類選択手段で選択された種類毎の前記評価値算出手段で算出された評価値に応じた複数のガンマ補正特性を記憶するガンマ記憶手段と、前記評価値算出手段で算出された評価値と前記ガンマ種類選択手段で選択された種類に応じて前記ガンマ記憶手段に記憶されているガンマ補正特性を選択するガンマ選択手段と、ガンマ選択手段で選択されたガンマ補正特性に基づき画像データにガンマ補正を行うガンマ補正手段を備え、
   前記ガンマ記憶手段に記憶されているガンマ補正特性は、種類毎に基準のガンマ補正特性に対する基準以外のガンマ補正特性の出力比が評価値の比率分異なる入力の際に同じ値であることを特徴とする撮像装置。
2. 評価値の上限値を有し、評価値が上限値を上回る場合、ガンマ補正特性は評価値が上限値の時のガンマ補正特性とすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 評価値の下限値を有し、評価値が下限値を下回る場合、ガンマ補正特性は評価値が下限値の時のガンマ補正特性とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 輝度信号の上限値を設定する輝度信号上限値設定手段と、上限値を超える輝度信号は上限値とする輝度信号クリップ手段を備え、輝度信号の上限値は輝度信号の上限値に評価値を乗じ評価値の上限値で除した値であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
5. 適正露出時の明るさの基準値である適正値を有し、評価値は常に適正値を基準とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の撮像装置。
6. 画像データから画像の明るさの評価値を算出する評価値算出手段と、１つ以上のガンマ補正特性の種類を選択するガンマ種類選択手段と、前記ガンマ種類選択手段で選択された種類毎の前記評価値算出手段で算出された評価値に応じた複数のガンマ補正特性を記憶するガンマ記憶手段と、前記評価値算出手段で算出された評価値と前記ガンマ種類選択手段で選択された種類に応じて前記ガンマ記憶手段に記憶されているガンマ補正特性を選択するガンマ選択手段と、ガンマ選択手段で選択されたガンマ補正特性に基づき画像データにガンマ補正を行うガンマ補正手段を備え、前記評価値算出手段で算出された評価値に応じた係数を記憶する係数記憶手段を備え、
   前記ガンマ記憶手段に記憶されているガンマ補正特性は、基準のガンマ補正特性に対する基準以外のガンマ補正特性の出力比が評価値の比率分異なる入力の際に、比率と基準値の差に評価値に応じた係数を乗じた値に基準値を加えた値であることを特徴とした撮像装置。
7. 評価値が小さくなると、係数が大きくなることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。