JP3546853B2 - 撮像装置及び画像再生システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置及びその撮像装置で撮像した画像を再生するシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置において用いられるCCD等の固体撮像素子では、その画素の大きさにもよるが、一般的に画像として再生処理可能なダイナミックレンジは狭く、APEX表示で5EV(コントラスト比で1:32)程度しかない。撮像素子の画素数の増加(高密度化)により個々の画素サイズがさらに小さくなり、ダイナミックレンジがさらに狭くなる傾向にある。そのため、ある一定輝度以上の部分が全て白くなる「白とび」や一定輝度以下の部分が全て黒くなる「黒つぶれ」が発生しやすくなるという問題を生じる。
【0003】
このような「白とび」や「黒つぶれ」の発生を低減するため、例えば特開平7−135599号公報に記載された従来の撮像装置では、同一の被写体を露光量を変えて同時もしくは連続して撮像し、得られた各画像データをディジタルデータに変換し、画像データのぶれ分の補正やゲイン調整処理を行い1つの画像データに合成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の撮像装置において、同一被写体を同時に撮像する場合、撮像レンズから出射された光束をビームスプリッタにより複数(例えば2つ)の光束に分割し、それぞれ別の撮像素子により撮像する(多板式撮像装置)。ところが、CCD等の固体撮像素子は、ディジタルカメラ等の撮像装置を構成する部品の中で最も高価な部品であり、同一形式の撮像素子を複数用いると、撮像装置のコストアップにつながるという問題を有している。一方、1つの撮像素子により同一被写体を連続して撮像する場合(単板式撮像装置)、最初に撮像してから次に撮像するまでの間の被写体及び撮像装置の移動量すなわち画像データのぶれ分を補正する必要があり、画像データの処理が複雑になり、かつ画像処理に要する時間が長くなるという問題を生じる。また、撮像間隔が長くなると画像データのぶれ分が大きくなり、画像の解像度が劣化し画質が低下する。
【0005】
本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、複数の撮像素子を用いて同一被写体を同時に撮像する撮像装置でありながら、コストの上昇を抑え、かつダイナミックレンジが広い撮像装置及びその撮像装置により撮像した画像を再生するシステムを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも2つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、第1画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第1露光条件で撮像する第1撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、前記第1画素数よりも少ない第2画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第2露光条件で撮像する第2撮像素子とを具備することを特徴とする。
【0007】
上記構成において、前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データにホワイトバランス処理、画像データ補間処理及びγ補正処理の各処理をそれぞれ施した後、両者を合成し合成した画像データを出力することが好ましい。
【0008】
または、前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データにホワイトバランス処理、画像データ補間処理及びγ補正処理の各処理をそれぞれ施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に出力することが好ましい。
【0009】
さらに、前記別々に出力された前記第1画像データ及び前記第2画像データを記録するための記録媒体をさらに具備することが好ましい。
【0010】
また、上記各構成において、前記第1撮像素子及び前記第2撮像素子はそれぞれ略同一のアスペクト比及び略同一の対角線長さを有することが好ましい。
【0011】
または、上記各構成において、前記第1撮像素子及び第2撮像素子はそれぞれ略同一のアスペクト比を有し、かつ対角線長さが異なり、前記ビームスプリッタと前記第2撮像素子の間に撮像画角を調節するためのリレーレンズを設けたことが好ましい。
【0012】
また、上記各構成において、前記第2撮像素子はC−MOSセンサであることが好ましい。
【0013】
さらに、上記各構成において、前記第1撮像素子と前記第2撮像素子の露光時間を同じとし、前記第1撮像素子及び前記第2撮像素子としてそれぞれ感度の異なるものを用いるか、第1画像データ及び第2画像データのゲイン設定を変えるか、前記ビームスプリッタによる反射率と透過率の比を変えるか、前記ビームスプリッタと前記第1撮像素子の間に前記第1撮像素子に入射する光量を少なくする光学部材を配置するかのいずれかの方法により、前記第1撮像素子と第2撮像素子の露光条件を変えることが好ましい。
【0014】
さらに、上記各構成において、前記第2撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で撮像し、前記第2撮像素子により撮像された画像を電子式ビューファインダとして表示することが好ましい。
【0015】
さらに、上記各構成において、前記第2撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で一定間隔で連続して撮像し、前記第2撮像素子により撮像された画像を動画として記録媒体に記録することが好ましい。
【0016】
さらに、前記第2撮像素子により動画撮像している間に、前記第1撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で静止画像を撮像することが好ましい。
【0017】
さらに、上記各構成において、前記ビームスプリッタとしてハーフミラー面を有するプリズムを用い、前記第1撮像素子又は前記第2撮像素子の前面にハーフミラーを配置し、前記ハーフミラーにより反射された光束を位相差方式のAFセンサに導くことが好ましい。
【0018】
さらに、前記ビームスプリッタのハーフミラー面として偏光分離膜を用い、前記プリズムと前記ハーフミラーとの間に1/4波長板を設けたことが好ましい。
【0019】
一方、本発明の画像再生システムは、被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも2つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、第1画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第1露光条件で撮像する第1撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、前記第1画素数よりも少ない第2画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第2露光条件で撮像する第2撮像素子とを具備し、前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データに所定の処理を施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に同一の記録媒体に記録する撮像装置と、前記記録媒体に記録された第1画像データ及び第2画像データを別々に読み出し、それぞれに所定の画像処理を施した後、両者を合成し、合成した画像データを用いてモニタ画面上に画像を再生する画像再生装置とにより構成されたことを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は第1実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す。
【0021】
撮像レンズ100は、例えば電動式のズームレンズであり、合焦動作及びズーミング動作をいずれもレンズ駆動部101により行う。撮像レンズ100の光軸L上には、撮像レンズ100により結像される光束を2方向に分割するビームスプリッタとして機能するプリズム102が設けられている。プリズム102により反射された光束P1の結像位置には、例えば2次元CCDの第1撮像素子110が設けられている。一方、プリズム102を透過した光束P2の結像位置には、例えば2次元C−MOSセンサの第2撮像素子120が設けられている。なお、図示していないが、必要に応じて光学式ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、光量調節用のNDフィルタ又は絞り及び露光制御用のメカニカルシャッタ等が設けられている。
【0022】
第1撮像素子110にはCCD駆動部111が接続されており、CCD駆動部111に含まれるタイミングジェネレータ(TG)112からの駆動パルス信号により駆動され、各画素ごとに撮像レンズ100により結像された被写体像の光エネルギーを電気エネルギーに光電変換し、各画素に蓄積された電荷量に相当する電圧等の電気信号として出力する。第1撮像素子110から出力された信号は、信号処理部113による相関二重サンプリング処理やA/D変換処理等の信号処理を受けた後、ディジタル化された第1画像データとして出力され、第1記憶部114に記憶される。一方、C−MOSセンサの第2撮像素子120には駆動部が含まれているため、ディジタル化された第2画像データが直接出力され、第2記憶部121に記憶される。第1記憶部114に記憶された第1画像データ及び第2記憶部121に記憶された第2画像データは、それぞれ適宜読み出されて画像データ処理部130により所定の処理を受けた後、液晶表示素子(LCD)等の表示部141に表示されたり、メモリカードレコーダ等で構成された記録部160によりメモリカード等の記録媒体161に記録される。
【0023】
画像データ処理部130は、画像データをR(赤)、G(緑)及びB(青)の三原色の各色ごとにホワイトバランスを調節するホワイトバランス処理部(WB)131、各画像データに所定の補間処理を施す画像データ補間部132、各画像データに所定のγ補正を行うγ補正部133、第1画像データと第2画像データを合成して1つの補正画像データを作成する画像データ合成部134、第1画像データ、第2画像データ又は補正画像データに含まれるR、G及びBの各色の信号を所定の輝度信号及び色差信号に変換する色差マトリックス処理部135、変換された輝度信号や色差信号を記録媒体161に記録するためにJPEG等の圧縮処理を施す画像データ圧縮部136、記録媒体161から読み出した画像データを用いて表示部141に画像表示するために伸張処理を施す画像データ伸張部137等で構成されている。なお、γ補正部133によりγ補正された各画像データは一旦第3記憶部140に記憶され、必要に応じて画像データ合成部134や色差マトリックス処理部135に出力される。また、図示していないが、撮像日時等の関連情報も画像ファイルのヘッダ情報として、画像データと同時に記録部160により記録媒体161に記録される。
【0024】
操作部142は、電源スイッチ、シャッタレリーズスイッチ、記録/再生等のモード切替スイッチ、画像再生時のコマ送りスイッチ、ズームスイッチ等撮像装置に設けられており、ユーザにより操作されるスイッチ群で構成される。全体制御部150は、ユーザにより操作された操作部142からの信号に応じて、レンズ駆動部101、CCD駆動部111、第2撮像素子120、画像データ処理部130、及び記録部160等を制御する。なお、上記各スイッチ群及び各部に電力を供給するための電源は公知につき図示を省略する。また、上記撮像装置を構成する各部は、必要に応じてCPU、ROM、RAM等で構成されているものとする。
【0025】
次に、第1撮像素子110と第2撮像素子120について述べる。本実施形態における第1例として、第1撮像素子110として1/2インチサイズの200万画素のCCDを用い、第2撮像素子120として1/2インチサイズの33万画素のC−MOSセンサを用いる。また、画像合成を容易にするため、アスペクト比(縦横比)のほぼ同じものを用いる。
【0026】
なお、被写体の低輝度領域では、実質的にコントラストが低くなり高い解像度は要求されない。そこで、本実施形態では、低輝度側用の第2撮像素子120として第1撮像素子110用のCCDよりも画素数が少なく、かつ同じ画素数でもCCDに比べて安価なC−MOSセンサを用いている。その結果、撮像素子全体に占める第2撮像素子120のコストの割合を小さくすると共に、電池の消耗における第2撮像素子120による負担増を少なくすることができる。
【0027】
例えば被写体のコントラスト比を1:800と仮定する。前述のように、撮像素子のダイナミックレンジは5EV程度であるので、画像合成を行わない撮像装置では、図2(a)に示すように、被写体の輝度分布のうちほぼ中間の部分Aが適正となるように撮像素子の露光制御を行う。そうすると、Aを中心とする約±2.5EVの範囲Aで適正な画像データが得られ、適正範囲よりも輝度の高い部分は白く飛んでしまい(白とび)、適正範囲よりも輝度の低い部分は黒くつぶれてしまう(黒つぶれ)。
【0028】
これに対して本実施形態では、図2(b)に示すように、被写体の輝度分布を高輝度領域と低輝度領域の2つの部分に分割し、高輝度領域のほぼ中間の部分Bが適正となるように第1撮像素子110の露光制御を行い、低輝度領域のほぼ中間の部分Cが適正となるように第2撮像素子120の露光制御を行う。そうすると、Bを中心とする約±2.5EVの範囲B及びCを中心とする約±2.5EVの範囲Cでそれぞれ適正な画像データが得られる。輝度信号が適正範囲Bに属する画素については第1撮像素子110により得られた画像データを適用し、輝度信号が適正範囲Cに属する画素(重複部分を除く)については第2撮像素子120により得られた画像データを適用して画像データを合成することにより、被写体の輝度分布の全域に対して白とびや黒つぶれのない適正な画像が得られる。
【0029】
なお、被写体の輝度分布を2つに分割する際、高輝度領域の下限近傍と低輝度領域の上限近傍が必ずオーバーラップするように中心点B及びCを設定する。また、被写体の輝度分布が広く2つに分割しただけでは完全にカバー仕切れない場合、被写体輝度分布の上限近傍における白とび及び下限近傍における黒つぶれをある程度容認してもよい。その場合でも、画像合成を行わない場合に比べて撮像素子の実質的なダイナミックレンジが拡大されており、より適正な画像が得られる。あるいは、被写体の輝度分布を3つ以上に分割し、2つの撮像素子110,120を適宜選択して、露光条件を変えて同一被写体を2回連続して撮像し、得られた3以上の画像データを合成するように構成してもよい。また、さらに第3撮像素子を用いることも可能である。さらに、撮像素子のダイナミックレンジは上記5EVに限定されず、撮像素子の感度、被写体の輝度分布や画像構成の容易さ等を考慮して決定すればよい。
【0030】
第1撮像素子110と第2撮像素子120の露光条件を変える方法として、様々な方法が考えられる。第1の方法として、第1撮像素子110と第2撮像素子120の露光時間(電荷蓄積時間)及びプリズム102の反射率と透過率をほぼ同じにし、第1撮像素子110と第2撮像素子120として本質的に感度の異なるものを用いる(第1撮像素子110の感度を低くする)。第2の方法として、CCD駆動部111、C−MOSセンサ120等によるゲイン設定(画像データの増幅度)を変える。第3の方法として、第1撮像素子110と第2撮像素子120の露光時間をほぼ同じにし、プリズム102による反射率と透過率の比を変える(透過率を高くする)。第4の方法として、第1撮像素子110と第2撮像素子120の露光時間及びプリズム102の反射率と透過率をほぼ同じにし、プリズム102と第1撮像素子110の間にNDフィルタやリレーレンズ等を配置し、第1撮像素子110に入射する光量を実質的に少なくする。第5の方法として、第2撮像素子120の露光時間を第1撮像素子110の露光時間よりも長くする。さらに、上記第1から第5の方法の2つ以上を組み合わせてもよい。上記いずれの方法でもよいが、露光時間中の被写体の動きを考慮すると、第1撮像素子110と第2撮像素子120の露光時間をなるべく同じにすることが好ましい。
【0031】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図3は第2実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す。図3と図1を比較してわかるように、第2実施形態に係る撮像装置には画像データ合成部134が設けられておらず、第1撮像素子110により撮像した第1画像データと第2撮像素子120により撮像した第2画像データを合成せずに、そのまま記録部160により記録媒体161に記録する。その際、記録媒体161に記録される第1画像データ及び第2画像データには、それぞれ同一被写体を同時に撮像したものであることを示す所定のデータ及び高輝度側画像データか低輝度側画像データかを区別する識別データ等を付加して記録される。なお、その他の構成は上記第1実施形態の場合と同様であるため、説明は省略する。
【0032】
ところで、第2実施形態では、第1画像データと第2画像データを合成せずに、別々に記録媒体161に記憶するため、この記録媒体161に記録されている画像データを再生する再生装置側に画像合成機能を持たせる必要がある。第2実施形態に係る再生装置のブロック構成を図4に示す。
【0033】
第2実施形態に係る画像再生装置は、記録媒体161に記録されている画像データを読み出すための、例えばメモリーカードリーダ等で構成された画像データ読取部260、読み出された画像データ等に所定の処理を施す画像データ処理部230、記録媒体161から読み出された画像データを一時的に記憶する第4記憶部240、処理された画像データを用いてCRTなどのモニタ画面上に画像を再生する画像再生部241、合成された画像データを長期的に記憶するための第5記憶部243、画像再生装置全体を制御する全体制御部250、ユーザによる指示を入力するためのキーボード等の操作部242等で構成されている。
【0034】
また、画像データ処理部230は、記録媒体161から読み出した画像データに所定の伸張処理を施す第1画像データ伸張部231、伸張処理された第1画像データ及び第2画像データを合成する画像データ合成部234、合成された画像データを第5記憶部243に記憶するためにJPEG等の圧縮処理を施す画像データ圧縮部236、第5記憶部243に記憶されている画像データを用いて画像を画像再生部241のモニタ画面に再生するために所定の伸張処理を施す第2画像データ伸張部237等で構成されている。
【0035】
記録媒体161が画像データ読取部260に装着され、記録媒体161から対をなす第1画像データと第2画像データが読み出されると、読み出された第1画像データ及び第2画像データは、それぞれ撮像装置側の画像データ圧縮部136により圧縮されているので、再生装置側の第1画像データ伸張部231により伸張され、第4記憶部240に一時的に記憶される。
【0036】
全体制御部250は、操作部242を介して入力されたユーザの指示に従い、記憶部240に記憶されている第1画像データ及び第2画像データを読み出し、画像データ合成部234に出力する。画像データ合成部234は、第1画像データと第2画像データの合成を行い、まず画像再生部241に出力する。ユーザは、画像再生部241のモニタ画面上に再生されている画像を見て、補正が適当であると判断した場合は、操作部242を介して、例えば第5記憶部に記憶する等の所定の指示を入力する。全体制御部250は、画像データ合成部234により合成された合成画像データを画像データ圧縮部236に転送し、JPEG等の圧縮処理を施した後、第5記憶部243に記憶させる。一方、ユーザが第5記憶部に記憶されている合成画像データを用いて画像再生を希望する場合、操作部242を介して選択した画像番号等を入力する。全体制御部250は、入力された指示に従い第5記憶部から合成された画像データを読み出し、第2画像データ伸張部237に出力する。第2画像データ伸張部237は、読み出された合成画像データに所定の伸張処理を施し、画像再生部241に出力する。画像再生部241は、伸張処理された画像データを用いてモニタ画面上にその画像を再生する。
【0037】
このように、第2実施形態では、第1撮像素子110と第2撮像素子120を有する撮像装置と、画像データ合成部234を有する画像再生装置とで、画像再生システムを構成する。
【0038】
(第3実施形態)
上記第1及び第2実施形態では、第1撮像素子110として1/2インチサイズで200万画素のCCDを用い、第2撮像素子120として第1撮像素子110と略同じアスペクト比及び略同じ対角線長さを有する1/2インチサイズで33万画素のC−MOSセンサを用いたが、これに限定されるものではない。第3実施形態では、例えば図5に示すように、第2撮像素子120として第1撮像素子と略同じアスペクト比を有し、例えば1/4インチサイズで33万画素のCCD等の撮像素子を用いている。この場合、第1撮像素子110と第2撮像素子120の大きさの比率と、第1撮像素子110上に結像される像の大きさと第2撮像素子120上に結像される像の大きさの比率が等しくなるようにプリズム102と第2撮像素子120との間にリレーレンズ103を設けておく。なお、撮像レンズ100及びプリズム102に対する第1撮像素子110と第2撮像素子120の相対的な位置関係は特に限定されず、図5に示すように図1又は図3の場合と逆であってもよい。さらに、ビームスプリッタとしてプリズム102の代わりに、撮像レンズ100の光軸Lに対して45度をなすように配置された平行平板のハーフミラーを用いてもよい。
【0039】
このように、低輝度側用の第2撮像素子120として第1撮像素子110用のCCDよりも画素数が少なく、かつサイズも小さいCCDを用いることによっても、上記第1及び第2実施形態の場合と同様に、撮像素子全体に占める第2撮像素子120のコストの割合を小さくすると共に、電池の消耗における第2撮像素子120による負担増を少なくすることができる。
【0040】
(第4実施形態)
上記各実施形態では、撮像レンズ100の焦点調節に用いるAFセンサについては特に限定されないので述べなかったが、第4実施形態では、プリズム102により分割された光束を用いて撮像レンズ100の焦点位置の検出を行う例を図6の(a)及び(b)に示す。なお、図中、入射光束、反射光束及び透過光束をわかりやすくするため、各光束を若干ずらして描いている。
【0041】
図6(a)に示す構成例では、プリズム102の第1撮像素子110側の出射面をハーフミラーとし、プリズム102に対して第1撮像素子110と対称な位置にAFセンサ170を配置している。プリズム102のハーフミラー面102aで第1撮像素子110側に反射された光束P1は、さらに第1撮像素子110の入射面のハーフミラーにより反射され、ハーフミラー面102aに再入射する。ハーフミラー面102aに再入射した光束のうち、ハーフミラー102を透過した光束P3が位相差方式のAFセンサ170に入射し、いわゆるパッシブ方式による焦点位置検出が可能となる。なお、この構成によれば、構成が比較的簡単な反面、第1撮像素子110からの反射光の一部がハーフミラー面102aにより反射され、撮像レンズ100側に向かう迷光P4となる。従って、ハーフミラー面102aによる反射率が低く、迷光P4の絶対光量が少なく、迷光P4を無視しうる場合に有効である。
【0042】
図6(b)に示す構成例では、プリズム102のハーフミラー面102bとして偏光分離膜を用い、第1撮像素子110とプリズム102との間に1/4波長板104及びハーフミラー105を設け、プリズム102に対して第1撮像素子110と対称な位置にAFセンサ170を配置している。この構成によれば、第1撮像素子110により反射された光束は、偏光分離膜102bにより撮像レンズ100側に反射されることはなく、全て偏光分離膜102bを透過し、AFセンサ170に入射する。従って、若干構成は複雑になるものの、迷光が少なく、かつAFセンサ170による焦点位置検出に用いられる光のロスが少なくなる。
【0043】
(その他の応用例)
LCD等による表示部を有する撮像装置では、電子式ビューファインダとして、一定間隔(例えば1/30秒)で撮像素子により撮像された画像データを用いて表示部にモニタ表示することが一般的に行われている。ところで、撮像素子の画素数は数十万画素(初期のもの)から数百万画素(近年のもの)に達するのに対し、撮像装置に搭載されるLCD等の表示素子の画素数はせいぜい数万画素であり、撮像素子により得られた画像データのうち大部分はモニタ表示には使用されない。また、モニタ表示のために撮像素子で消費される電力は無視できず、電池の消耗を早めるという問題を生じる。
【0044】
これらの点に関して、上記各実施形態では画素数の多い第1撮像素子110及び画素数の少ない第2撮像素子120の2つの撮像素子を用いているので、表示部141を電子式ビューファインダとして使用する場合、画素数の少ない第2撮像素子120のみを駆動し、第2撮像素子120により得られた第2画像データを用いて表示部141にモニタ画像を表示すればよい。それにより、モニタ表示に要する電力消費量を低減することができ、電池の消耗を少なくすることができる。
【0045】
さらに、近年のディジタルカメラでは静止画像だけでなく、短時間の動画も撮像可能なものが実用化されている。そのような動画は専らLCD等の表示部141やテレビ画面等に再生されるが、これらの画素数や走査線数は限定されており、画素数の少ない第2撮像素子120の画素数でも充分である。そこで、第2撮像素子120を用いて動画を撮像し、動画の画像データを表示部141に表示したり記録部160により記録媒体161に記録するように構成してもよい。その場合、第2撮像素子120による動画撮像と並行して、第1撮像素子110を用いて解像度の高い通常の静止画像(第1画像データのみで、第2画像データを合成しないもの)を撮像することも可能である。なお、これらの場合は、第1撮像素子110も第2撮像素子120も共に、画像の平均的な輝度の部分が適正な露光となるように露光制御され、上記第1画像データと第2画像データとを合成した高階調度画像は得ることはできない。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像装置によれば、被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも2つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、第1画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第1露光条件で撮像する第1撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、前記第1画素数よりも少ない第2画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第2露光条件で撮像する第2撮像素子とを具備するので、第1撮像素子による第1画像データと第2撮像素子による第2画像データを合成することにより、同一の被写体についてダイナミックレンジの広い1つの合成画像データを得ることができる。また、この合成画像データを用いて画像データを再生することにより、高輝度領域から低輝度領域まで、白とびや黒つぶれのない又は少ない高品質の画像が得られる。また、低輝度領域ではコントラストが低く高解像度が要求されないため、第2撮像素子として画素数が少ない安価な撮像素子を用いることができ、撮像素子のコストアップや電力消費量の増加を抑制することができる。
【0047】
また、前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データに所定の処理を施した後、両者を合成し合成した画像データを出力することにより、撮像装置の画像データ処理回路が若干複雑になるものの、出力された画像データをそのまま再生しても高輝度領域から低輝度領域まで適正に露光調節された画像が得られる。
【0048】
または、前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データに所定の処理を施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に出力することにより、画像データ合成機能を有する画像再生装置等が必要となるが、撮像装置の信号処理回路を簡単にすることができ、撮像装置の小型化及び低消費電力化が可能となる。
【0049】
また、別々に出力された前記第1画像データ及び前記第2画像データを同一の記録媒体に記録することにより、上記画像データ合成機能を有する画像再生装置にこの記録媒体を装着するだけで、自動的に画像データの読み出し及び画像合成を行うことが可能となる。その結果、ユーザは、モニタ画面に再生された画像が特に画像データの合成を行ったものであるか否かを意識することなく、高輝度領域から低輝度領域まで適正に露光調節された画像を観察することが可能となる。
【0050】
さらに、前記第1撮像素子及び前記第2撮像素子として、それぞれ略同一のアスペクト比及び略同一の対角線長さを有するものを用いることにより、特に画像データの読み出し及び合成時の位置合わせが不要となり、画像データ処理が容易になり、画像データ処理に要する時間を短くすることが可能となる。
【0051】
あるいは、前記第1撮像素子及び第2撮像素子として、それぞれ略同一のアスペクト比を有し、かつ対角線長さが異なるものを用い、前記ビームスプリッタと前記第2撮像素子の間に撮像画角を調節するためのリレーレンズを設けることにより、上記の場合と同様に、画像データの読み出し及び合成時の位置合わせが不要となる。さらに、第2撮像素子を第1撮像素子よりも小さくすることができ、撮像装置における第2撮像素子の示すスペースを小さくすることが可能となる。
【0052】
さらに、前記第2撮像素子として比較的安価なC−MOSセンサを用いることにより、撮像素子のコストに占める第2撮像素子のコストの割合を小さくすることができる。
【0053】
さらに、前記第1撮像素子と前記第2撮像素子の露光時間を同じとし、前記第1撮像素子及び前記第2撮像素子としてそれぞれ感度の異なるものを用いるか、第1画像データ及び第2画像データのゲイン設定を変えるか、前記ビームスプリッタによる反射率と透過率の比を変えるか、前記ビームスプリッタと前記第1撮像素子の間に前記第1撮像素子に入射する光量を少なくする光学部材を配置するかのいずれかの方法により、前記第1撮像素子と第2撮像素子の露光条件を変えることにより、動きのある被写体に対しても画像データの合成処理を適用することができる。
【0054】
さらに、第2撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で撮像し、前記第2撮像素子により撮像された画像を電子式ビューファインダとして表示することにより、非撮像状態における電力消費を低減することが可能となる。
【0055】
さらに、第2撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で一定間隔で連続して撮像し、第2撮像素子により撮像された画像を動画として記録媒体に記録することにより、画像データの合成を行わない場合に、画素数の少ない第2撮像素子を用いて動画撮像を行うことができる。
【0056】
さらに、前記第2撮像素子により動画撮像している間に、前記第1撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で静止画像を撮像することにより、第2撮像素子による動画と第1撮像素子による高解像度の静止画撮像を並行して行うことが可能となる。
【0057】
さらに、前記ビームスプリッタとしてハーフミラー面を有するプリズムを用い、前記第1撮像素子又は前記第2撮像素子の前面にハーフミラーを配置し、前記ハーフミラーにより反射された光束を位相差方式のAFセンサに導くことにより、独立したAFセンサを用いて撮像レンズの合焦動作を行うことができ、合焦速度を速くすると共に精度を高くすることができる。
【0058】
さらに、前記ビームスプリッタのハーフミラー面として偏光分離膜を用い、前記プリズムと前記ハーフミラーとの間に1/4波長板を設けることにより、ビームスプリッタに再入射した光束が撮像レンズ側に反射されることがなくなり、迷光を防止することができる。
【0059】
一方、本発明の画像再生システムによれば、被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも2つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、第1画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第1露光条件で撮像する第1撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、前記第1画素数よりも少ない第2画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第2露光条件で撮像する第2撮像素子とを具備し、前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データに所定の処理を施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に同一の記録媒体に記録する撮像装置と、前記記録媒体に記録された第1画像データ及び第2画像データを別々に読み出し、それぞれに所定の画像処理を施した後、両者を合成し、合成した画像データを用いてモニタ画面上に画像を再生する画像再生装置とにより構成されているので、記録媒体に別々に記録されている第1画像データと第2画像データをそれぞれ読み出し、所定の合成処理を施して再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す図である。
【図2】上記第1実施形態における第1撮像素子及び第2撮像素子による露光条件と被写体のコントラストの関係を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す図である。
【図4】上記第2実施形態における画像再生装置のブロック構成を示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態に係る撮像装置の光学系及び撮像素子の配置を示す図である。
【図6】本発明の第4実施形態に係る撮像装置の光学系、撮像素子及びAFセンサの配置を示す図である。
【符号の説明】
100:撮像レンズ
101:レンズ駆動部
102:プリズム
103:リレーレンズ
104:1/4波長板
105:ハーフミラー
110:第1撮像素子
111:CCD駆動部
113:信号処理部
114:第1記憶部
120:第2撮像素子
121:第2記憶部
130:画像データ処理部
132:画像データ補間部
133:γ補正部
134:画像データ合成部
135:色差マトリックス処理部
136:画像データ圧縮部
137:画像データ伸張部
140:第3記憶部
141:表示部
142:操作部
150:全体制御部
160:記録部
161:記録媒体
170:AFセンサ
230:画像データ処理部
231:第1画像データ伸張部
234:画像データ合成部
236:画像データ圧縮部
237:第2画像データ伸張部
240:第4記憶部
241:画像再生部
242:操作部
243:第5記憶部
250:全体制御部
260:画像データ読取部
Claims (14)
- 被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも2つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、第1画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第1露光条件で撮像する第1撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、前記第1画素数よりも少ない第2画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第2露光条件で撮像する第2撮像素子とを具備することを特徴とする撮像装置。
- 前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データにホワイトバランス処理、画像データ補間処理及びγ補正処理の各処理をそれぞれ施した後、両者を合成し合成した画像データを出力することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データにホワイトバランス処理、画像データ補間処理及びγ補正処理の各処理をそれぞれ施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に出力することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記別々に出力された前記第1画像データ及び前記第2画像データを記録するための記録媒体をさらに具備することを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
- 前記第1撮像素子及び前記第2撮像素子はそれぞれ略同一のアスペクト比及び略同一の対角線長さを有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第1撮像素子及び第2撮像素子はそれぞれ略同一のアスペクト比を有し、かつ対角線長さが異なり、前記ビームスプリッタと前記第2撮像素子の間に撮像画角を調節するためのリレーレンズを設けたことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第2撮像素子はC−MOSセンサであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第1撮像素子と前記第2撮像素子の露光時間を同じとし、前記第1撮像素子及び前記第2撮像素子としてそれぞれ感度の異なるものを用いるか、第1画像データ及び第2画像データのゲイン設定を変えるか、前記ビームスプリッタによる反射率と透過率の比を変えるか、前記ビームスプリッタと前記第1撮像素子の間に前記第1撮像素子に入射する光量を少なくする光学部材を配置するかのいずれかの方法により、前記第1撮像素子と第2撮像素子の露光条件を変えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第2撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で撮像し、前記第2撮像素子により撮像された画像を電子式ビューファインダとして表示することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第2撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で一定間隔で連続して撮像し、前記第2撮像素子により撮像された画像を動画として記録媒体に記録することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第2撮像素子により動画撮像している間に、前記第1撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で静止画像を撮像することを特徴とする請求項10記載の撮像装置。
- 前記ビームスプリッタとしてハーフミラー面を有するプリズムを用い、前記第1撮像素子又は前記第2撮像素子の前面にハーフミラーを配置し、前記ハーフミラーにより反射された光束を位相差方式のAFセンサに導くことを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記ビームスプリッタのハーフミラー面として偏光分離膜を用い、前記プリズムと前記ハーフミラーとの間に1/4波長板を設けたことを特徴とする請求項12記載の撮像装置。
- 被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも2つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、第1画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第1露光条件で撮像する第1撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか1つの光束の結像位置に設けられ、前記第1画素数よりも少ない第2画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第2露光条件で撮像する第2撮像素子とを具備し、前記第1撮像素子により得られた第1画像データ及び前記第2撮像素子により得られた第2画像データに所定の処理を施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に同一の記録媒体に記録する撮像装置と、
前記記録媒体に記録された第1画像データ及び第2画像データを別々に読み出し、それぞれに所定の画像処理を施した後、両者を合成し、合成した画像データを用いてモニタ画面上に画像を再生する画像再生装置とにより構成されたことを特徴とする画像再生システム。
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