JP2016225860A - 画質調整装置並びにカメラユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】屋外の撮像でも、より適切に色を再現することができる画質調整装置を提供する。
【解決手段】画質調整装置は、一部に空を映す画像を特定する画像信号を受信する受信部と、画像で空以外の範囲にホワイトバランス用の測光範囲FRを設定する測光範囲設定部と、測光範囲FRの画像信号に基づきホワイトバランスの調整値を算出する算出部とを備える。このとき、太陽光に比べて青い青空は測光範囲から除外される。青空の色温度ではなく太陽光の色温度に基づきホワイトバランスの調整値は算出される。
【選択図】図3

Description

本発明は、画像信号に基づきホワイトバランスの調整値を算出する画質調整装置等に関する。
特許文献1はホワイトバランス調整装置を開示する。ホワイトバランス調整装置は画像内にホワイトバランス用の測光範囲を設定する。ストロボの利用時には測光範囲は画像全体から画像の局部に狭められる。こうして確実にストロボの閃光に応じてホワイトバランスの調整値は算出される。ストロボの色温度に応じて画像の色は本来の色に調整されることができる。
特開平7−154814号公報
屋外の撮像では画像の一部に空が映されることもある。こうした場合に、空の青さに応じてホワイトバランスの調整値が算出されると、太陽光で照らされる被写体は赤味や黄色味を帯びてしまう。本来の色から外れ色の再現性が悪化してしまう。特に、撮像された画像が画像認識に利用される場合などには、色の誤認は、画像認識を利用した処理動作に誤動作を引き起こすおそれがあり、望ましくない。特許文献1は一部に空を映す画像に言及しない。
本発明は、屋外の撮像でも、より適切に色を再現することができる画質調整装置を提供することを目的とする。
本発明の一形態は、一部に空を映す画像を特定する画像信号を受信する受信部と、前記画像で前記空以外の範囲にホワイトバランス用の測光範囲を設定する測光範囲設定部と、前記測光範囲の画像信号に基づきホワイトバランスの調整値を算出する算出部とを備える画質調整装置に関する。
画質調整装置では、ホワイトバランスの調整値の算出にあたって測光範囲の画像信号が用いられる。このとき、太陽光に比べて青い青空は測光範囲から除外される。青空の色温度ではなく太陽光の色温度に基づきホワイトバランスの調整値は算出される。その結果、画像全体は太陽光に応じて自然な色合いで再現される。その一方で、空の青さに応じてホワイトバランスの調整値が算出されると、太陽光で照らされる被写体は赤味や黄色味を帯びてしまう。
前記測光範囲設定部は、画像に描かれ地面からの前記画質調整装置を搭載したカメラユニットの設置高さを示す仮想的な高さ線よりも下方に設定される枠で前記測光範囲を仕切ってもよい。仮想的な高さ線は画像内で地平線に相当する。したがって、枠で規定される測光範囲には撮像装置の設置高さよりも低い位置しか映り込まない。確実に測光範囲から空は除外されることができる。
前記測光範囲設定部は、前記空の色温度または輝度が所定の色温度または輝度よりも低い場合には、前記仮想的な高さ線よりも上方の範囲を含むように、前記枠の大きさを変更してもよい。変更された枠の測光範囲には撮像装置の設置高さよりも高い位置の被写体が映り込む。こうして画像内で測光の対象物は増加する。広い選択肢の中から測光の対象物は選び出されることができる。画像は高い精度で色温度を反映することができる。
前記測光範囲設定部は、前記画像の色温度または輝度が第1閾値を上回ると、前記仮想的な高さ線よりも上方の範囲を含む枠で規定される測光範囲から、前記仮想的な高さ線よりも下方に描かれる枠で規定される測光範囲に変更し、前記画像の色温度または輝度が前記第1閾値よりも小さい第2閾値を下回ると、前記仮想的な高さ線よりも下方に描かれる枠で規定される測光範囲から、前記仮想的な高さ線よりも上方の範囲を含む枠で規定される測光範囲に変更してもよい。こうした設定によれば、第1閾値と第2閾値との間で色温度または輝度が変動しても、枠で規定される測光範囲の変更は控えられる。頻繁なホワイトバランスの調整値の変化は回避されることができる。
前記測光範囲設定部は、前記第1閾値および前記第2閾値の間で前記色温度または前記輝度の値に応じて前記枠で規定される測光範囲の大きさを前記色温度または前記輝度が小さくなるにつれて除々に大きくなる様に変化させてもよい。こうして色温度または輝度の度合いに応じて測光範囲を変化させると、色味の急激な変化は避けられ、時間的に色合いが徐々に変化し、閾値を境に画像の色味が突然変わることがなくなり、見た目の違和感が軽減される。枠の大きさの変化には、線形補間が用いられてもよく、対数補間やその他の補間方法が用いられてもよい。
画質調整装置はカメラユニットに組み込まれて利用されてもよい。
以上のように開示の装置によれば、屋外の撮像でも、より適切に色を再現することができる画質調整装置を提供される。
一実施形態に係る自動車を概略的に示す斜視図である。 第1実施形態に係る画質調整装置を含むカメラユニットの構成を概略的に示すブロック図である。 第1枠で仕切られる測光範囲を示す概念図である。 第2枠で仕切られる測光範囲を示す概念図である。 晴天時に第1枠の測光範囲に基づき再現された画像の一例である。 晴天時に第2枠の測光範囲に基づき再現された画像の一例である。 夜間走行中に第2枠の測光範囲に基づき再現された画像の一例である。 夜間走行中に第1枠の測光範囲に基づき再現された画像の一例である。 第2実施形態に係る画質調整装置を含むカメラユニットの構成を概略的に示すブロック図である。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
図1は一実施形態に係る自動車11を概略的に示す。自動車(移動体)11の車体12には運転支援装置13が搭載される。運転支援装置13はナビゲーション装置14を備える。ナビゲーション装置14はディスプレイパネル(表示装置)を有する。ディスプレイパネルは例えば自動車11のダッシュボードに設置されることができる。ディスプレイパネルの表示画面には地図その他の情報が表示されることができる。
運転支援装置13はカメラユニット16を備える。カメラユニット16は例えば車体12の前部に設置される。カメラユニット16は例えば自動車11のフロントバンパーに取り付けられる。カメラユニット16の光軸17は例えば自動車11が置かれる地面に対して平行に設定される。カメラユニット16は車体12前方の被写体を撮像する。ここでは、光軸17に対して平行方向および垂直方向にいずれも少なくとも±90°の画角範囲で被写体の撮像画像は取得される。こうした画角範囲の実現にあたってカメラユニット16では例えば魚眼レンズや広角レンズが用いられることができる。
カメラユニット16は撮像画像に基づき画像信号を生成する。カメラユニット16はナビゲーション装置14に接続される。ナビゲーション装置14にはカメラユニット16から画像信号が供給される。ディスプレイパネルの表示画面には画像信号に基づき車体12前方の画像が映し出されることができる。撮像画像は例えば自動車11の自動運転やブレーキ支援システムなどに利用されることができる。例えば画像認識技術に基づき車体12前方の環境は把握されることができる。
図2はカメラユニット16の構成を概略的に示す。カメラユニット16はイメージセンサ21を備える。イメージセンサ21は画像信号を出力する。画像信号は個々の画素ごとに赤(R)、緑(G)および青(B)の値を特定する。赤(R)、緑(G)および青(B)に応じて画素ごとに色は再現される。こうした画素の集合体で画像は形成される。
カメラユニット16は画質調整装置22を備える。第1実施形態に係る画質調整装置22はイメージセンサ21に接続される。画像の画質は画質調整装置22の働きで高められる。画質の調整にあたって画質調整装置22は、イメージセンサ21の動作を制御してイメージセンサ21から出力されるRGB値を変化させたり、信号処理に基づき画像信号中のRGB値を変化させたりする。画質調整装置22は自然な色合いの画像の生成に寄与する。
イメージセンサ21は撮像素子23を備える。撮像素子23は個々の画素ごとにR信号、G信号およびB信号を出力する。個々の信号で赤の光量、緑の光量および青の光量は特定される。撮像素子23には例えばCCD素子やCMOS素子が用いられる。撮像素子23は、決められた露光時間で露光を実施する。露光時間は、撮像素子23に入力される制御信号に基づき設定される。
イメージセンサ21はアナログアンプ24を備える。アナログアンプ24は撮像素子23に接続される。アナログアンプ24には撮像素子23からアナログの撮像信号が供給される。アナログアンプ24は決められたゲイン値でR信号、G信号およびB信号を増幅する。ゲイン値は、アナログアンプ24に入力されるゲイン信号に基づき設定される。
画質調整装置22はISP(イメージシグナルプロセッサ)25を備える。ISP25には自動露出(AE)回路26が組み込まれる。自動露出回路26はイメージセンサ21に接続される。自動露出回路26からイメージセンサ21に露光時間の制御信号およびゲイン信号が供給される。自動露出回路26は受信部27から受信した画像の輝度値に応じて露光時間およびゲイン値を設定する。露光時間およびゲイン値は輝度の指標として機能することができる。
ISP25は受信部27を備える。受信部27はイメージセンサ21に接続される。イメージセンサ21から受信部27に画像信号が供給される。受信部27はアナログアンプ24で増幅された画像信号を受信する。受信部27ではデジタルのRGB値が特定される。例えば、R値、G値およびB値はそれぞれ256階調で表現される。
ISP25はホワイトバランス調節部28を備える。ホワイトバランス調節部28は受信部27に接続される。ホワイトバランス調節部28には受信部27から画像信号が供給される。ホワイトバランス調節部28は画像信号にホワイトバランスの処理を施す。ホワイトバランスの処理ではホワイトバランスの調整値に応じてRGB値が調節される。
ISP25は算出部29を備える。算出部29は受信部27およびホワイトバランス調節部28に接続される。算出部29には受信部27から測光範囲の画像信号が供給される。測光範囲は測光信号に基づき特定される。ホワイトバランス調節部28には算出部29から調整値信号が供給される。調整値信号ではホワイトバランスの調整値が特定される。算出部29は、測光範囲の画像信号に基づきホワイトバランスの調整値を算出する。調整値の算出にあたって算出部29は測光範囲内で最も明るい画素を抽出する。例えば測光範囲全体の総和でのGの合計値を基準にRの合計値、Bの合計値が均一になる様に調整値(倍率)が設定される。こうした調整値の算出やホワイトバランスの処理には一般に知られる手法が用いられればよい。
画質調整装置22はマイクロコンピュータ(マイコン)31を備える。マイコン31はISP25に接続される。マイコン31は輝度検出部32を備える。輝度検出部32にはISP25の自動露出回路26から露光時間の制御信号およびゲイン信号が供給される。輝度検出部32は露光時間およびアナログゲイン値に応じて画像の輝度を特定する。一般には、画像が明るいほど、露光時間は短縮され、ゲイン値は縮小される。ここでは、露光時間とゲイン値との積で画像の輝度は特定される。
マイコン31は測光範囲設定部33を備える。測光範囲設定部33はISP25の算出部29に接続される。測光範囲設定部33は算出部29に測光信号を供給する。測光信号の供給にあたって、測光範囲設定部33は画像の色温度または輝度に応じてホワイトバランス用の測光範囲を設定する。色温度信号または輝度信号は輝度検出部32から測光範囲設定部33に供給される。
図3および図4に示されるように、測光範囲の設定にあたって測光範囲設定部33は画像上に第1枠FRおよび第2枠SDを特定する。第1枠FRは、画像に描かれ地面からのイメージセンサ21の設置高さを示す仮想的な高さ線LNよりも下方に描かれる四角い枠で測光範囲を仕切る。図3に示されるように、第1枠FRは、一部に空を映す画像で空以外の範囲に測光範囲を区画する。消失点で設置高さが無視できる程度の高さであれば、光軸17が地面に平行に設定されるとき、仮想的な高さ線LNは画像内で消失点を通過する横方向の直線で特定される。魚眼レンズの場合には、光軸17が前下がりに傾斜すると仮想的な高さ線LNは凸形状に湾曲する。傾斜が大きいほど、湾曲の曲率は縮小する。
第2枠SDは、仮想的な高さ線LNよりも上方の範囲を含むように、第1枠FRの四角い枠から拡張された四角い枠で測光範囲を仕切る。図4に示されるように、第2枠SDは、一部に空を映す画像で空以外の範囲に加えて空を含む範囲に測光範囲を区画する。第1枠FRおよび第2枠SDは画像の色温度または輝度の第1閾値(例えば色温度であれば5500ケルビン、輝度であれば5000ルクス)および第1閾値より小さい第2閾値(例えば色温度であれば2800ケルビン、輝度であれば1000ルクス)に基づき交互に切り替えられる。第2閾値は、第1閾値よりも小さい。画像の色温度または輝度が第1閾値を上回ると、第2枠SDから第1枠FRに測光範囲は切り替えられる。画像の色温度または輝度が第2閾値を下回ると、第1枠FRから第2枠SDに測光範囲は切り替えられる。第1閾値および第2閾値はメモリ34に格納されればよい。
次に画質調整装置22の動作を説明する。例えば自動車11の走行中、図5に示されるようにカメラユニット16は車体12前方の被写体を撮像する。ここでは、仮想的な高さ線LNは画像の上下方向中央近くに位置することから、画像の上半分に空が映り込む。晴天の場合、画像全体は明るいことから、測光範囲設定部33では第1閾値を上回る色温度または輝度を認定する。したがって、測光範囲設定部33は第1枠FRで測光範囲を仕切る。仮想的な高さ線LNは画像内で地平線に相当する。四角い枠の測光範囲にはカメラユニット16の設置高さよりも低い位置しか映り込まない。確実に測光範囲から空は除外される。
算出部29は、空以外の範囲に設定される測光範囲の画像信号に基づきホワイトバランスの調整値を算出する。地表部分と比較し輝度が高い青空は測光範囲から除外され、ホワイトバランスの調整値は算出される。その結果、画像全体は自然な色合いで再現される。輝度の第1閾値には、例えば5000ルクス程度が設定されればよい。その一方で、空の青さを含んだ測光画像を基にホワイトバランスの調整値が算出されると、図6に示されるように、太陽光で照らされる被写体は赤味や黄色味を帯びてしまう。こうして屋外の撮像でも、より適切に色は再現される。
夜間の場合、画像全体は暗いことから、測光範囲設定部33では第2閾値を下回る輝度を認定する。したがって、測光範囲設定部33は第2枠SDで測光範囲を仕切る。測光範囲は第1枠FRから第2枠SDに変更される。変更された四角い枠の測光範囲にはカメラユニット16の設置高さよりも高い位置の被写体が映り込む。こうして画像内で測光の対象物は増加する。広い選択肢の中から測光の対象物は選び出されることができる。画像は高い精度で輝度を反映することができる。仮に測光範囲に空が含まれても、画像は自然な色合いで再現されることができる。信号や標識の色は正確に再現されることができる。
本実施形態では第2枠SDから第1枠FRへの切り替えにあたって第1閾値が用いられ、第1枠FRから第2枠SDへの切り替えにあたって第2閾値が用いられる。こうした設定によれば、第1閾値と第2閾値との間で輝度が変動しても、四角い枠の変更は控えられる。第1閾値と第2閾値との間で輝度が変動しても四角い枠の変更は行わない。頻繁なホワイトバランス動作の変更は回避されることができる。第1閾値および第2閾値の間には頻繁な変更を回避することができる程度の輝度の差が設定されればよい。ここでは、5000ルクスの第1閾値に対して例えば1000ルクス程度が第2閾値に設定されればよい。
例えばカメラユニット16が車体12の後部に設置されると、夜間の走行中に路面はブレーキランプの赤い光で照らされてしまう。ここでは、測光範囲設定部33は第2枠SDで測光範囲を仕切ることから、ブレーキランプから十分に離れた光源が測光範囲に含まれることができる。その結果、図7に示されるように、自然な色合いで画像は再現されることができる。その一方で、測光範囲が第1枠FRで固定されると、図8に示されるように、赤い光で照らされた白線や路面標示に基づきホワイトバランスの処理が施されてしまう。その結果、ブレーキランプで照らされて赤みを帯びるべき白線は赤味を失ってしまう。画像は全体的に不自然な色合いに映ってしまう。
ISP25の算出部29は測光範囲全域の画素に基づきホワイトバランスの調整値(倍率)を算出してもよい。このとき、測光範囲設定部33は第1閾値および第2閾値の間で輝度の程度に応じて測光範囲の大きさを徐々に変化させてもよい。例えば、第1閾値が5000ルクスであって第2閾値が1000ルクスのとき、第1枠FRの上辺が画像の上端から240ドット下方に位置し、第2枠SDの上辺が画像の上端から40ドット下方に位置すると、第2閾値から輝度が増加するにつれて、20ルクスごとに1ドットで枠の上辺は画像の上端に近づけばよい。こうして輝度の度合いに応じて徐々に測光範囲を変化させると、色味の急激な変化は避けられ、色合いが徐々に変化し、見た目の違和感が軽減される。例えば、トンネルに出入りするとき、入り口から遠ざかるにつれて徐々に暗くなり、出口に近づくにつれて徐々に明るくなるので、測光範囲が徐々に変化すると、色合いも徐々に変化する。枠の大きさの変化には、こうした線形補間が用いられてもよく、対数補間やその他の補間方法が用いられてもよい。
図9は第2実施形態に係る画像調整装置22aの構成を概略的に示す。画像調整装置22aのマイコン31aは色温度検出部36を備える。色温度検出部36はISP25の算出部29に接続される。色温度検出部36には算出部29からホワイトバランスの調整値が供給される。色温度検出部36はR値の調整値(ゲイン)とG値の調整値(ゲイン)とB値の調整値(ゲイン)との比率から色温度を算出する。R値ゲイン/G値ゲインといった比率およびB値ゲイン/G値ゲインといった比率と色温度計などで測定した色温度とが関連づけられればよい。例えば、R値ゲインが2倍で、G値ゲインが2倍で、B値ゲインが1倍であれば、色温度5500ケルビンの太陽光が想定される。R値ゲインが1.5倍で、G値ゲインが1倍で、B値ゲインが1.5倍であれば、色温度3800ケルビンの蛍光灯が想定され、R値ゲインが1倍で、G値ゲインが2倍で、B値ゲインが2倍であれば、色温度2800ケルビンのハロゲン光が想定される。
ここでは、測光範囲設定部37は色温度に応じてホワイトバランス用の測光範囲を設定する。色温度は色温度信号に基づき特定される。色温度信号は色温度検出部36から測光範囲設定部37に供給される。画像の色温度が第1閾値を上回ると、第2枠SDから第1枠FRに測光範囲は切り替えられる。画像の色温度が第2閾値を下回ると、第1枠FRから第2枠SDに測光範囲は切り替えられる。第1閾値および第2閾値はメモリ34に格納されればよい。第1閾値には例えば太陽光の色温度が設定されればよく、第2閾値には例えば日の入り時の色温度が設定されればよい。なお、こうして色温度がR値ゲイン、G値ゲインおよびB値ゲインから算出され、R値ゲイン、G値ゲインおよびB値ゲインは測光範囲内のRGBバランスから算出されるので、循環したフィードバック制御となる。そのため、値のハンチングに注意するとよい。また、この場合でも、第1実施形態に係る画質調整装置22と同様に、測光範囲設定部37は第1閾値および第2閾値の間で色温度の程度に応じて測光範囲の大きさを徐々に変化させてもよい。その他、測光範囲設定部37の構成および動作は、色温度の判断以外、前述の測光範囲設定部33のそれらと同様である。
なお、前述のマイコン31、31aの機能はISP25にハードウェアまたはソフトウェアとして組み込まれてもよい。第1枠FRおよび第2枠SDは必ずしも四角い必要はなくその他の形状で仕切られてもよい。
11 移動体(自動車)、16 カメラユニット、22 画質調整装置、22a 画質調整装置、27 受信部、29 算出部、33 測光範囲設定部。

Claims (6)

  1. 一部に空を映す画像を特定する画像信号を受信する受信部と、
    前記画像で前記空以外の範囲にホワイトバランス用の測光範囲を設定する測光範囲設定部と、
    前記測光範囲の画像信号に基づきホワイトバランスの調整値を算出する算出部と
    を備えることを特徴とする画質調整装置。
  2. 請求項1に記載の画質調整装置において、前記測光範囲設定部は、画像に描かれ地面からの前記画質調整装置を搭載したカメラユニットの設置高さを示す仮想的な高さ線よりも下方に設定される枠で前記測光範囲を仕切ることを特徴とする画質調整装置。
  3. 請求項2に記載の画質調整装置において、前記測光範囲設定部は、前記空の色温度または輝度が所定の色温度または輝度よりも低い場合には、前記仮想的な高さ線よりも上方の範囲を加えるように、前記枠の大きさを変更することを特徴とする画質調整装置。
  4. 請求項3に記載の画質調整装置において、前記測光範囲設定部は、
    前記画像の色温度または輝度が第1閾値を上回ると、前記仮想的な高さ線よりも上方の範囲を含む枠で規定される測光範囲から、前記仮想的な高さ線よりも下方に描かれる枠で規定される測光範囲に変更し、
    前記画像の色温度または輝度が前記第1閾値よりも小さい第2閾値を下回ると、前記仮想的な高さ線よりも下方に描かれる枠で規定される測光範囲から、前記仮想的な高さ線よりも上方の範囲を含む枠で規定される測光範囲に変更する
    ことを特徴とする画質調整装置。
  5. 請求項4に記載の画質調整装置において、前記測光範囲設定部は、前記第1閾値および前記第2閾値の間で色温度または輝度の値に応じて前記枠で規定される測光範囲の大きさを前記色温度または前記輝度が小さくなるにつれて除々に大きくなる様に変化させることを特徴とする画質調整装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の画質調整装置を備えることを特徴とするカメラユニット。
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