JP4136841B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関し、さらに詳しくは、ズームレンズによって階調特性を変更する電子カメラに関するものである。

従来の技術として、特開２００２−３６９７９６公報には、内視鏡において、さらに被写体の輝度分布から輝度差をダイナミックレンジにマッチさせる技術について開示されており、撮影している被写体からの光以外の光による影響を削減するため、ズームポジションによってガンマテーブルをシフトさせるものである。この従来技術のように、階調特性を変更する場合、従来は被写体の輝度分布などによって階調特性を変更している。しかしこの方法では、黒部分が明るく撮影されしまった場合と、もともと黒より明るいグレー部分との判別がつかない。即ち、被写体が黒より明るいグレーだったとしても、グレー部分がより暗く補正されてしまうという問題がある。
特開２００２−３６９７９６公報

ズームレンズでは、例えば焦点距離の短いワイド側と焦点距離の長いテレ側で撮影されている被写体以外からの光による影響の度合いが異なるものがある。例えばテレ側に行くにしたがって被写体以外からの影響を多く受けて、画面全体が明るくなってしまう傾向があるものがある。この影響は低輝度部分で黒が浮いてしまうことで撮影画像に影響を及ぼし、この現象を一般にフレアと呼ぶ。
本発明は、かかる課題に鑑み、予めズーム位置によるフレアの影響度合いを測定し、その値を元に算出された階調特性変更量より階調特性を変更することにより、全体の画像のコントラストなどに影響を与えることなく、フレアの影響だけを軽減することができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、撮像光学系の光学レンズを介して受光した光を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像光学系の焦点距離を変更するズーム手段と、現在のズーム位置を検出するズーム位置検出手段と、前記撮像素子から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、階調特性を変換するための変換テーブルを参照して前記デジタル画像信号の階調特性を変換する階調変換手段と、を備え、予め測定された前記光学レンズ固有のフレア特性の特性値と、前記ズーム位置検出手段により検出した現在のズーム位置とに基づいて、前記光学レンズのフレアによる影響を除去するように前記階調変換テーブルの変換量を変更することを特徴とする。
本発明は被写体からの光以外の光をズームレンズのズーム位置によって軽減するものである。特に焦点距離の短い広角系ズームレンズでは被写体以外の光に影響されて、画面全体が明るくなってしまう場合がある。この影響はそのレンズ固有のフレア特性であり、ワイド側で影響を受けやすいかテレ側で影響を受けやすいかが決まってしまう。この特性値を予め測定しておき、ズーム位置によってその影響を除去するように階調特性テーブルであるガンマテーブルを変更することで、フレアの影響を除去でき、良好の画像を撮影することができるようになる。
かかる発明によれば、ズーム位置検出手段により検出した現在のズーム位置に基づいて階調変換テーブルの変換量を変更するので、フレアの影響を除去でき、良好の画像を撮影することができる。

請求項２は、前記階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶していることを特徴とする。
本発明は階調変換テーブルの変更量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶しておくものである。一般的なフレア特性はレンズ設計により大まかな影響を知ることが出来るが、製造上のばらつきによって多少特性に差が出る場合がある。そのため書換え可能な不揮発性メモリに各レンズユニット固有の特性値を測定して不揮発性メモリに記憶させることで、ばらつきによる特性の違いの影響を削除することができる。さらにレンズユニット交換修理などでレンズが交換されても、容易に対応が可能となる。
かかる発明によれば、書換え可能な不揮発性メモリに各レンズユニット固有の特性値を測定して不揮発性メモリに記憶させるので、ばらつきによる特性の違いの影響を削除することができると共に、レンズユニット交換修理などでレンズが交換されても、容易に対応が可能となる。
請求項３は、前記アナログ画像信号を増幅する信号増幅手段を備え、該信号増幅手段による信号増幅度合いに基づいて前記階調変換テーブルの変換量を補正することを特徴とする。
本発明は信号増幅手段であるＡＧＣの増幅度合いによって、階調変換テーブルの変更量を補正するものである。フレアによる画像信号への影響は、ＡＧＣによって増幅されてしまう。そのためＡＧＣの増幅度合いによって変更量の補正を行うことで、より正確に階調変換テーブルの変更量を算出することができる。
かかる発明によれば、ＡＧＣの増幅度合いによって変更量の補正を行うので、より正確に階調変換テーブルの変更量を算出することができる。

請求項４は、前記信号増幅手段の増幅度合いによる階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶していることを特徴とする。
かかる発明によれば、増幅度合いよる補正量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶しておくので、例えばＡＧＣの特性のばらつきがあっても容易に対応が可能となる。
請求項５は、被写体の明るさを測定する測光手段と、該測光手段により測光された測光結果にあわせて露光量の制御を行う露光量制御手段を備え、前記測光手段による測光結果と露光量制御手段による露光量制御結果に基づいて前記階調変換テーブルの変換量を補正することを特徴とする。
本発明は測光値と露光量制御結果から階調変換テーブルの変更量の補正を行うものである。例えば測光値から算出された適正露光量にするための露光条件に対して、露光時間制限などにより露光量が不足することが判っている場合、画面全体が暗くなってしまうため、それに特性変換テーブルシフトによって、フレアによる黒浮きを除去してしまうとさらに暗くなってしまい、結果として非常に暗い画面になってしまう可能性がある。そのため測光値と露光制御結果より階調変換テーブルの変更量を補正して、違和感の少ない撮影が可能となる。
かかる発明によれば、測光手段による測光結果と露光量制御手段による露光量制御結果に基づいて階調変換テーブルの変換量を補正するので、測光値と露光制御結果より階調変換テーブルの変更量を補正して、違和感の少ない撮影が可能となる。
請求項６は、前記測光結果と露光量制御結果をもとに作られる階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶することを特徴とする。
かかる発明によれば、測光結果と露光量制御結果をもとに作られる階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに保存しておくことで、自動露出制御（ＡＥ）の制御方法が変更されても容易に補正量の変更が可能となる。

請求項７は、ストロボ発光手段と、複数のストロボモードから何れか１つのストロボモードを選択するストロボモード選択手段を備え、該ストロボモード選択手段により選択されたストロボモードにより前記階調変換テーブルの変換量を変えることを特徴とする。
本発明はストロボ発光モードにより階調変換テーブルの変更量を補正するものである。ストロボモードによってストロボ発光時の露光時間にリミットをかける場合がある。例えば夜景モードやスローシンクロなどと呼ばれるストロボモードでは、長い露光時間でストロボ発光を行うのに対して、通常ストロボモードでは手ぶれが起こらない程度の露光時間でリミットをかけたりする。フレアの影響は露光時間が長いほど大きくなる。そのためストロボモードの違いにより階調変換テーブルの変更量の補正を変える必要がある。
かかる発明によれば、選択されたストロボモードにより前記階調変換テーブルの変換量を変えるので、手ぶれやフレアの少ない撮影を行うことができる。
請求項８は、前記ストロボモード選択手段により選択されたストロボモードにより変更された階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶することを特徴とする。
かかる発明によれば、選択されたストロボモードにより変更された階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに保存しておくことで、自動露出制御（ＡＥ）の制御方法が変更されても容易に補正量が変更可能となる。
請求項９は、外部機器との通信手段を更に備え、前記階調変換テーブルの変換量および補正量の少なくとも１つを前記通信手段によって書き換えることを可能としたことを特徴とする。
かかる発明によれば、階調変換テーブル変更量および補正量を通信手段で書換えが可能とすることで、撮像装置を分解などせずに容易に変更をすることが可能となる。

請求項１の発明によれば、ズーム位置検出手段により検出した現在のズーム位置に基づいて階調変換テーブルの変換量を変更するので、フレアの影響を除去でき、良好の画像を撮影することができる。
また請求項２では、書換え可能な不揮発性メモリに各レンズユニット固有の特性値を測定して不揮発性メモリに記憶させるので、ばらつきによる特性の違いの影響を削除することができると共に、レンズユニット交換修理などでレンズが交換されても、容易に対応が可能となる。
また請求項３では、ＡＧＣの増幅度合いによって変更量の補正を行うので、より正確に階調変換テーブルの変更量を算出することができる。
また請求項４では、増幅度合いよる補正量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶しておくので、例えばＡＧＣの特性のばらつきがあっても容易に対応が可能となる。
また請求項５では、測光手段による測光結果と露光量制御手段による露光量制御結果に基づいて階調変換テーブルの変換量を補正するので、測光値と露光制御結果より階調変換テーブルの変更量を補正して、違和感の少ない撮影が可能となる。
また請求項６では、測光結果と露光量制御結果をもとに作られる階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに保存しておくことで、自動露出制御（ＡＥ）の制御方法が変更されても容易に補正量の変更が可能となる。
また請求項７では、選択されたストロボモードにより前記階調変換テーブルの変換量を変えるので、手ぶれやフレアの少ない撮影を行うことができる。
また請求項８では、選択されたストロボモードにより変更された階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに保存しておくことで、自動露出制御（ＡＥ）の制御方法が変更されても容易に補正量が変更可能となる。
また請求項９では、階調変換テーブル変更量および補正量を通信手段で書換えが可能とすることで、撮像装置を分解などせずに容易に変更をすることが可能となる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明のデジタルカメラのシステムブロック図である。このデジタルカメラは、レンズ１と、シャッタ、絞り・フィルタ部などを有するメカニカル機構２と、撮像素子であるＣＣＤ（電荷結合素子）３と、フロントエンドＩＣ（Ｆ／Ｅ）４として、ＣＣＤ３から出力された電気信号をサンプリングするＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路４ａと、そのＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路４ａが出力する電気信号を増幅する可変利得増幅器（ＡＧＣアンプ：ＶＧ（可変）アンプ）４ｂと、その増幅器４ｂが出力する電気信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換してデジタルの画像データを出力するＡ／Ｄ変換器４ｃと、動作用の制御信号を生成するＴＧ（制御信号生成）部４ｄが構成され、更に信号処理ＩＣ５として、信号処理１ＣのＣＣＤ−Ｉ／Ｆ５ａと、書き込まれたＲＡＷ−ＲＧＢ信号を読み出すメモリコントローラ５ｂと、ＹＵＶデータを読み出してＴＶや液晶モニタなどへの表示を行うＤｉｓｐ Ｉ／Ｆ５ｃと、ＪＰＥＧ圧縮する圧縮ブロック５ｄと、ＹＵＶデータによってＹＵＶデータに変換されるＹＵＶ変換ブロック５ｅが構成され、ＳＤＲＡＭ６として、デジタルに変換された画像信号を格納するＲＡＷ−ＲＧＢ６ａと、ＲＧＢデータをＹＵＶのデータに変換するＹＵＶ変換部６ｂと、ＹＵＶデータは再度読み出され、圧縮ブロックにおいてＪＰＥＧ圧縮するＪＰＥＧ圧縮部６ｃが構成され、メカニカル機構２を構成する絞り調節用のパルスモータを駆動するモータドライバ７と、ストロボモジュール８と、全体を制御するＣＰＵ９と、各種制御用データ等を格納したＥＥＰＲＯＭ１０と、ＪＰＥＧ圧縮されたデータにヘッダデータなどが付加されてＪＰＥＧ画像データとして保存するメモリーカード１１と、ＴＶや液晶モニタなどへの表示が行われるＤｉｓｐ１２と、モード切換スイッチを始めとする各種操作子を備えた操作部１３と、を備えて構成される。

次にこのデジタルカメラの動作について説明する。図１のレンズ２を介してＣＣＤ３の受光面で露光されたデータは電気信号に変換される。このアナログ画像信号はＣＣＤ３より出力される。出力されたアナログ画像信号は、Ｆ／Ｅ（ＣＤＳ４ａ、ＡＧＣ４ｂ、Ａ／Ｄ４ｃ）４でデジタル信号に変換される。ＣＤＳ４ａではＣＣＤ３からの出力から有効なアナログ画像信号のみが取り出される。ＡＧＣ４ｂではこのアナログ画像信号の増幅を行う。そしてＡ／Ｄ４ｃではアナログ画像信号をデジタルに変換している。これらのタイミングはタイミング信号発生器であるＴＧのタイミング信号によって同期が取られている。
また、デジタルに変換された画像信号（ＲＡＷ−ＲＧＢ）６ａは、信号処理１Ｃ５のＣＣＤ−Ｉ／Ｆ５ａを介してＳＤＲＡＭに取り込まれる。このときＣＣＤ−Ｉ／Ｆ５ａは、画面を水平と垂直に１６分割した２５６エリアに対してＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの積分値が算出される。ＣＰＵ９はこれを読み出してＡＥやＡＷＢの演算を行う。書き込まれたＲＡＷ−ＲＧＢ信号はメモリコントローラ５ｂによって読み出されてＹＵＶ変換ブロック６ｂによってＹＵＶデータによってＹＵＶデータに変換されてＳＤＲＡＭに書き戻される。このとき上記積分値からＡＷＢの演算結果よりＲＧＢのバランスをあわせるためのＡＷＢゲインが乗算されてホワイトバランスをあわせる。さらに階調変換テーブル（ガンマテーブル）によって階調変換が行われる。このＹＵＶデータをＤｉｓｐ Ｉ／Ｆ５ｃが読み出してＴＶや液晶モニタなどへの表示が行われる。静止画撮影に先立ってスルー画面の表示を行うライブビューモードでは、この動作が１／３０秒などのＣＣＤ読み出しサイクルにあわせて繰り返し行われる。

ＡＥは読み出されたＲＧＢの積分値から画面の明るさを検出して、次回ライブビュー画面や静止画露光用の露光量制御データを算出し、その制御データをもとにＴＧ４ｄによってＣＣＤ３に入力される電子シャッタ量などの制御を行う。
ズームレンズはＣＰＵ９がモータドライバ７にモード駆動制御をすることで焦点距離の変更が行われる。操作部１３からユーザのズーム倍率変更指示が入力されると、ＣＰＵ９はその指示に応じてモータを駆動する。なおズーム駆動をパルスモータで駆動する場合は、駆動パルス数によってズーム位置が検出することができ、特別な位置検出回路を追加しなくても位置検出が可能となる。しかし図示しないが別途ズーム位置検出回路を設けて、ズーム位置を検出しても良い。
静止画撮影時は、ＳＤＲＡＭのＲＧＢデータはＹＵＶ変換部６ｂでＹＵＶのデータに変換され、ＳＤＲＡＭに書き戻される。ＹＵＶデータは再度読み出され、圧縮ブロックにおいてＪＰＥＧ圧縮され、ＳＤＲＡＭに書き戻される。ＳＤＲＡＭにおいて、ＪＰＥＧ圧縮されたデータにヘッダデータなどが付加されてＪＰＥＧ画像データとし、ＣＰＵ９によってメモリーカード１１に保存される。
ＣＰＵ９を制御するプログラム、階調特性テーブル、ズームポジションを変更する変更量、この変更量を補正する補正データはＥＰＲＯＭ１０内に保存されており、ＣＰＵ９はこのＥＰＲＯＭ１０のプログラムおよびデータに基づいて撮影の制御を行う。

図２は本発明のガンマテーブルシフトについての説明する図である。縦軸は階調変換の出力値を表し、横軸は階調変換の入力値を表す。このレンズユニットは焦点距離が長い方へ移動するにしたがって被写界（実際に撮影される範囲）外からの光によるフレアの影響があるものとする。フレアの影響が画面を均一に影響を及ぼした場合、画面全体は本来の被写体の光に対してオフセットが追加されたように明るい方向へシフトしてしまう。その影響を除去するために、図２のようにガンマテーブル２０を矢印のようにシフトしてガンマテーブル２１のようにする。このフレアの影響は、ズーム位置によって変化するため、ＣＰＵ９がズームを駆動したパルス数におおじてシフト量を変更する。シフトしたガンマテーブル２１はＹＵＶ変換ブロック６ｂに設定され、ＹＵＶ変換時の階調変換に使用され、フレアによる黒浮きの影響が除去される。
このシフト量は、露光時の露光時間、ＡＧＣ増幅度、ストロボモードによって補正が行われる。このズーム位置によるガンマテーブルシフトはＡＧＣの増幅度（ゲイン）によって補正が行われる。フレアによって不要な光の露光が追加されているデータは、被写体からの光による露光のデータといっしょにＣＣＤ３から出力される。ＡＧＣ４ｂでは、そのフレアによるオフセット成分もあわせて増幅してしまう。そのためＡＧＣ増幅度合いによって同じズーム位置でも画像に対するフレアの影響が変わってしまう。そのためＡＧＣゲインが１よりも大きいときは、図２のガンマシフト量をズーム位置から算出された変更量よりも大きくする補正を行う。またＡＧＣゲインが１よりも小さいときは、変更量を小さくする補正が行われる。

次に測光結果と露光制御量によるシフト量の補正について説明する。
測光結果から適正露光量にするには３秒間の露光が必要と算出されたとする。ここでこのデジタルカメラの露光時間のリミットが１秒だったとすると、露光量不足が発生する。この場合撮影した結果は画面全体が暗くなることがわかる。このように露光量大きく不足して暗くなってしまうときは、さらにガンマをシフトしてしまうと画面が非常に暗くなってしまうので、シフトを行わなくても違和感がないときがある。よって露光時間が２秒分足らないときは、ズーム位置から算出したシフトを全く行わない補正を行う。露光時間が１秒分足らないときはズーム位置から算出したシフトの半分だけシフトをする補正を行う。

次にストロボモードの違いによるシフト量補正について説明する。
操作部１３によってストロボモードの設定が行われる。ストロボモードとして、夜景モードやスローシンクロなどと呼ばれる長い露光時間でストロボ発光を行うモードと、通常ストロボモードの手ぶれが起こらない程度の露光時間でリミットをかける２つのモードがある。
フレアの影響は露光時間が長いほど大きくなる。そのためユーザがスローシンクロモードを選択しているときは、露光時間が長くなるとして、図２のテーブルシフト量を大きくするように補正が行われる。
また通常ストロボモードが選択されているときは、手ぶれが起こりにくい短い露光時間なので、測光結果が暗いと判断しても露光時間は短くなり、フレアの影響は小さくなるので、図２のテーブルシフト量を小さくする補正が行われる。
本実施形態では、ガンマテーブルをシフトさせるようにした。この目的はフレアなどの画面にオフセット成分がのってしまっている問題を除去するが、階調特性（カーブの形状）自体を変えないことで、撮影された画像の階調特性を変えないようにするためである。しかし大まかにこの目的が達成できれば、例えば図３３１のようにシフトではなくテーブルのカーブの形状を変更しても良い。

本発明のデジタルカメラのシステムブロック図である。 本発明のガンマテーブルシフトについて説明する図である。 本発明のガンマテーブの形状を変更について説明する図である。

符号の説明

１ レンズ、２ メカニカル機構、３ ＣＣＤ、４ フロントエンドＩＣ（Ｆ／Ｅ）、５ 信号処理ＩＣ、６ ＳＤＲＡＭ、７ モータドライバ、８ ストロボモジュール、９ ＣＰＵ、１０ ＥＥＰＲＯＭ、１１ メモリーカード、１２ Ｄｉｓｐ１、１３ 操作部

Claims (9)

1. 撮像光学系の光学レンズを介して受光した光を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像光学系の焦点距離を変更するズーム手段と、
   現在のズーム位置を検出するズーム位置検出手段と、
   前記撮像素子から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   階調特性を変換するための変換テーブルを参照して前記デジタル画像信号の階調特性を変換する階調変換手段と、を備え、
   予め測定された前記光学レンズ固有のフレア特性の特性値と、前記ズーム位置検出手段により検出した現在のズーム位置とに基づいて、前記光学レンズのフレアによる影響を除去するように前記階調変換テーブルの変換量を変更することを特徴とする撮像装置。
2. 前記階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記アナログ画像信号を増幅する信号増幅手段を備え、該信号増幅手段による信号増幅度合いに基づいて前記階調変換テーブルの変換量を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記信号増幅手段の増幅度合いによる階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶していることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 被写体の明るさを測定する測光手段と、該測光手段により測光された測光結果にあわせて露光量の制御を行う露光量制御手段を備え、前記測光手段による測光結果と露光量制御手段による露光量制御結果に基づいて前記階調変換テーブルの変換量を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像装置。
6. 前記測光結果と露光量制御結果をもとに作られる階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. ストロボ発光手段と、複数のストロボモードから何れか１つのストロボモードを選択するストロボモード選択手段を備え、該ストロボモード選択手段により選択されたストロボモードにより前記階調変換テーブルの変換量を変えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
8. 前記ストロボモード選択手段により選択されたストロボモードにより変更された階調変換テーブルの変換量を書換え可能な不揮発性メモリに記憶することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 外部機器との通信手段を更に備え、前記階調変換テーブルの変換量および補正量の少なくとも１つを前記通信手段によって書き換えることを可能としたことを特徴とする請求項２、４、６又は８に記載の撮像装置。

Images