JP4769567B2 - 撮像装置、撮像装置の制御方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体 - Google Patents

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本発明は、撮像装置、撮像装置の制御方法コンピュータプログラム及び記憶媒体に関する。
電子カメラ等の撮像装置において、撮像素子によって生成された画像信号をデジタルデータにA/D変換し、多くの場合は必要な画像処理を施した後にJPEG符号化等の非可逆圧縮処理を行い、記録媒体へ記録することが行われている。
また、画像品質を劣化させることなく画像データを記録したい場合には、可逆圧縮処理を行い、RAWデータとして記録媒体へ記録することが行われている。
特開2002−84547号公報
ところで、近年の半導体技術の進歩により、撮像素子の高解像度化が急速に進み、記録される画像データのファイルサイズも増加する傾向にある。
しかしながら、L版サイズ等に印刷して楽しむことを目的とする多くのユーザにとっては、300万画素程度の画素数があれば十分である。1000万画素を超える画素数の画像データは、情報として過剰であり、ファイルサイズの増加を引き起こす要因ともなる。さらに、高解像度化に伴う画素の微細化の影響により、記録される画像データに対するランダムノイズの影響も顕著になりつつある。これらの問題は、RAWデータとして記録する場合においても同様に発生する問題である。
特許文献1には、補間処理等の画像処理を行う前に、撮像素子から出力された画像データを、フィルタ配列を保持したまま予めサイズ変換を行うことで、その後の画像処理時間、リサイズ処理時間及びメモリ使用量等の削減効果があるとする技術が開示されている。
本発明は、電子ズームの倍率や撮影時の設定感度に応じて適切に縮小変換を行うことができるようにすることを目的とする。
本発明の撮像装置は、被写体からの光を光電変換して画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号をA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段によるA/D変換後の画像データの一部を切出すことでズーム効果を得る電子ズーム手段と、前記A/D変換手段によるA/D変換後の画像データを、前記画像データが有するフィルタ配列を保持したまま、前記A/D変換後の画像データの画素数よりも小さな第1の画素数に縮小変換する第1のデータ変換手段と、前記第1のデータ変換手段により変換された画像データを可逆圧縮する圧縮手段と、前記圧縮手段により圧縮された画像データを記録媒体に記録する記録手段と、を備え、前記第1のデータ変換手段は、前記電子ズーム手段による切出し画素数が前記第1の画素数以下である場合には、縮小変換を行わないことを特徴とする。
本発明の撮像装置の制御方法は、被写体からの光を光電変換して画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号をA/D変換するA/D変換手段と、画像データを記録する記録手段と、を備える撮像装置の制御方法であって、前記A/D変換手段によるA/D変換後の画像データの一部を切出すことでズーム効果を得る電子ズームステップと、前記電子ズームステップによる切出し画素数が前記A/D変換後の画像データの画素数よりも小さな第1の画素数より大きい場合には、前記A/D変換手段によるA/D変換後の画像データを、前記画像データが有するフィルタ配列を保持したまま、前記第1の画素数に縮小変換し、前記電子ズームステップによる切出し画素数が前記第1の画素数以下である場合には、前記A/D変換後の画像データを縮小変換しないようにする第1のデータ変換ステップと、前記第1のデータ変換ステップにより変換された画像データを可逆圧縮する圧縮ステップと、前記圧縮ステップにより圧縮された画像データを記録媒体に記録する記録ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、前記撮像装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明の記憶媒体は、前記撮像装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムを記憶したことを特徴とする。
本発明によれば、所望の電子ズーム処理に必要な画像データを、多くのユーザにとって必要十分といえる画像サイズに縮小変換してユーザに提供することができ、ラインダムノイズの低減及びファイルサイズの削減が可能となる。
また、縮小変換にならない場合には変換を行わないようにすることで、拡大変換により逆にランダムノイズを増大させるのを防ぐことができる。
また、電子ズーム倍率に応じて変倍方法を切り替えることにより、低倍率側ではランダムノイズを低減させた画像データを、高倍率側では従来の画像データに対してより解像度の高い画像データを提供することができる。
別の本発明によれば、撮影時の設定感度に応じて、ランダムノイズ低減効果に対して最適な画像サイズに縮小変換してユーザに提供することができ、ラインダムノイズの低減及びファイルサイズの削減が可能となる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置100の構成を示す図である。同図において、10はズーム機構や絞り機構等を有するレンズユニットである。12は光学像を電気信号に変換する撮像素子(例えばCCD素子)である。14は撮像素子12のアナログ出力信号を電気信号に変換するA/D変換器である。16は撮像素子12、A/D変換機14、D/A変換器30にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路であり、システム制御回路50により制御される。
18はメモリ制御回路であり、A/D変換器14、画像処理回路20、メモリ22、記録媒体24、圧縮・伸長回路26、D/A変換器30、RAWデータ用変倍回路(変倍回路A)28、YUVデータ用変倍回路(変倍回路B)29の間でデータ転送制御を行う。A/D変換器14から出力されるデータは、画像処理回路20及びメモリ制御回路18を介して、或いは、画像処理回路20を介することなくメモリ制御回路18のみを介して、メモリ22もしく記録媒体24に書き込まれる。
20は画像処理回路であり、A/D変換器14から出力されるデータ、或いは、メモリ制御回路18から出力されるデータに対して、画像補間処理や色変換処理等の画像再現処理を施し、RAWデータからYUVデータに変換する。
22は撮像装置100に内蔵されたメモリであり、撮影した静止画像や動画像の画像処理や圧縮・伸長時の作業領域として使用したり、表示画像用として使用したりする。メモリ22は、所定枚数の静止画像データや所定時間の動画像データを格納するに十分な記録容量を備えている。また、メモリ22は、システム制御回路50の作業領域としても使用されうる。
24は圧縮された画像データを記録するメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。記録媒体24は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成され、撮像装置100に内蔵されているものもあれば、着脱可能なものもある。
26は圧縮・伸長回路であり、例えばJPEG圧縮により画像データを圧縮或いは伸長する。圧縮・伸長回路26は、記録媒体24に格納された画像データを読み込んで、圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理済みのデータをメモリ22に書き込む。
28はRAWデータ用変倍回路(変倍回路A)であり、A/D変換器14から出力され、メモリ22に書き込まれた画像データをメモリ制御回路18を介して読み込み、撮像素子12から出力されるフィルタ配列を保持したまま、RAWデータの変倍処理を行う。
29はYUVデータ用変倍回路(変倍回路B)であり、画像処理回路20から出力され、メモリ22に書き込まれた画像データをメモリ制御回路18を介して読み込み、YUVデータの変倍処理を行う。
30はD/A変換器である。32は画像表示部であり、例えばTFT LCDにより構成される。メモリ22に書き込まれた表示用の画像データは、D/A変換器30を介して画像表示部32に供給され、これにより画像が表示される。画像表示部32を用いて、撮像にかかる画像を逐次表示することにより、電子ファインダ機能を実現することができる。また、画像表示部32には、撮影に必要な情報、例えば合焦表示、手振れ警告表示、フラッシュ充電表示、シャッタースピード表示、絞り値表示、露出補正表示等を行うことができる。
34は光学ファインダであり、光学ファインダ34を利用することにより、画像表示部32を利用した電子ファインダ機能を使用することなく、撮影を行うことができる。また、光学ファインダ34内には、画像表示部32を介して表示する各種撮影用の情報表示及び警告表示等を行うための素子が設置されている。
36はフラッシュであり、AF補助光の投光機能やフラッシュ調光機能も有する。38はレンズ制御部であり、システム制御回路50の指示に従いレンズユニット10の焦点制御、ズーム制御、絞り値、シャッタースピードの制御等を行う。
40はモードダイヤルスイッチであり、これにより操作者は、電源オフ、自動撮影モード、マニュアル撮影モード、パノラマ撮影モード、再生モード、動画モード等の各機能モードを切り替えることができる。
42はシャッタースイッチであり、シャッターボタン44の操作途中(半押し)で、AF(オートフォーカス)処理、AE(自動露出)処理、AWB(オートホワイトバランス)処理、EF(フラッシュプリ発光)処理等の動作の開始を指示する。また、シャッタースイッチ42は、シャッターボタン44の操作完了(全押し、即ち操作者指示)で、撮像素子12から出力される信号をA/D変換器14によりデジタル信号に変換し、これをメモリ制御回路18を介してメモリ22に格納する露光処理、メモリ制御回路18を介して変倍回路A28で行うRAWデータの変倍処理、メモリ制御回路18を介して画像処理回路20において行う画像再現処理、メモリ制御回路18を介して変倍回路B29において行うYUVデータの変倍処理、メモリ制御回路18を介して圧縮・長回路26において行う圧縮処理、メモリ制御回路18を介してメモリ22から記録媒体24へと圧縮された画像データを書き込む記録処理の、一連の処理の開始を指示する。
46は表示切替スイッチである。撮影時においては、表示切替スイッチ46が押されると、画像表示部32を利用した電子ファインダ機能のON/OFF制御をシステム制御回路50に指示する。また、再生時においては、表示切替スイッチ46が押されると、情報表示付き再生機能のON/OFF制御をシステム制御回路50に指示する。
48はズームレバーであり、システム制御回路50を介して、レンズユニット10へのズーム動作の指示、或いは、電子ズーム倍率をシステム制御回路50に指示する。
50は撮像装置100を制御するシステム制御回路である。システム制御回路50は、画像処理回路20の処理パラメータ、圧縮・伸長回路26の圧縮パラメータを指示し、ズームレバー48の指示に従い、変倍回路A28の変倍パラメータ、変倍回路B29の変倍パラメータ等の指定を行う。52はシステム制御回路50が動作する際に参照する定数、変数、プログラム等を記憶するメモリである。
60は電源制御部であり、電池検出回路、DC−DCコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成される。電源制御部60は、電池装着の有無、電池の種類及び電池残量を検出し、その検出結果及びシステム制御回路50の指示に基づいてDC−DCコンバータを制御して、必要な電圧を必要な期間だけ各部に供給する。
62はコネクタである。64は電源部であり、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池、Li電池等の二次電池、ACアダプタ等で構成される。
図2は、RAWデータ用変倍回路28における変倍率が、水平方向に1/2、垂直方向に1/2である場合を図示したものである。撮像素子12から出力されるフィルタ配列を保持するため、RAWデータ用変倍回路28での演算は、以下のようになる。
Figure 0004769567
また、前記演算により、本来の輝度レベルに対して、高周波成分として加算されるランダムノイズが平均化されるので、極小画素によるランダムノイズの低減効果を得ることができる。
図3は、センサから出力される最大画素数と記録メディアに記録される最大画素数との関係、電子ズーム倍率とRAWデータの変倍率との関係、並びに、後述する第2の実施形態におけるRAWデータの変倍率とYUVデータの変倍率との関係を示したものである。
図3(a)は、センサから出力されるRAWデータの画素数と、電子ズーム時に切り出されるRAWデータの画素数とを示したものであり、ここでは最大1200万画素の有効画素数をもつセンサを例に示している。
図3(b)は、記録メディアに記録されるRAWデータの画素数を示したもの、図3(c)は、記録メディアに記録される最大画素数のJPEGデータの画素数を示したものであり、いずれも最大画素数を300万画素とした場合の例を示している。
既述したとおり、多くのユーザにとって必要な画素数は300万画素程度と言われており、本実施形態では、有効画素数1200万画素のセンサを使用して、記録時の最大画素数が300万画素とした場合を例にして説明を行う。
図3(a)、(b)に図示した電子ズーム倍率とRAWデータの変倍率との関係を以下に示す。
Figure 0004769567
RAWデータの拡大変換の場合には、特定画素のランダムノイズを増大させるおそれがある。そこで、RAWデータの変倍率が拡大となる領域、すなわち電子ズーム倍率4.00の場合には、RAWデータの変倍率を1/1とし、記録RAWサイズは電子ズームによる切出しRAWサイズ(1024×768)と等価とする。
これにより、画像数が非常に多いセンサを使用した場合であっても、ユーザにとって必要十分な画素数のRAWデータとして記録することが可能になる。さらに、電子ズーム倍率の低倍率側では、ランダムノイズの影響を低減させる効果を得ることができる。
図4は、本実施形態に係る撮像装置100での画像処理・記録処理を説明するためのフローチャートである。システム制御回路50は、ズームレバー48によって指示される電子ズーム倍率に応じて、RAWデータの変倍処理が必要か否かを判断する(ステップS101)。
前記ステップS101においてRAWデータの変倍処理が必要であると判断した場合は、まずRAWデータ用変倍回路28の変倍パラメータの設定を行う(ステップS102)。そして、A/D変換器14を介して取得した画像データを、メモリ制御回路18を介してメモリ22からRAWデータ用変倍回路28に読み込み、RAWデータの変倍処理を行った上でメモリ22に書き込んだ後(ステップS103)、ステップS104に移行する。なお、前記ステップS101においてRAWデータの変倍処理が必要でないと判断した場合は、そのままステップS104に移行する。
システム制御回路50は、電子ズーム倍率に応じて変倍処理されたRAWデータを、メモリ制御回路18を介して圧縮・伸長回路26に読み込み、可逆圧縮のためのDPCM変換及びハフマン符号化等の可逆圧縮処理を行って、メモリ22に書き込む(ステップS104)。
その後、システム制御回路50は、メモリ22に書き込まれた圧縮データストリームの記録媒体24への書き込み処理を行う(ステップS105)。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。なお、撮像装置100の基本構成は上記第1の実施形態で説明したものと同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。
図3(a)、(b)、(c)に図示した電子ズーム倍率とRAWデータの変倍率とYUVデータの変倍率との関係を以下に示す。
Figure 0004769567
RAWデータの拡大変換の場合には、特定画素のランダムノイズを増大させるおそれがある。そこで、RAWデータの変倍率が拡大となる領域、すなわち電子ズーム倍率4.00の場合には、RAWデータの変倍率を1/1とし、各種補間処理、色処理等の画像再現処理が実施されたYUVデータに対して「×2/1」の拡大変換を行う。
これにより、画素数が非常に多いセンサを使用した場合であっても、ユーザにとって必要十分な画像数のJPEGデータとして記録することが可能になる。さらに、電子ズーム倍率が低倍率側では、ランダムノイズの影響を低減させる効果を得ることができる。
また、有効画素数300万画素のセンサを使用した場合において、電子ズーム倍率4.00の場合のYUV変倍率は「×4/1」の拡大変換となるのに対して、本実施形態においてはYUV変倍率が「×2/1」の拡大変換となるので、より解像感の高い画像をユーザに提供することが可能になる。
図5は、本実施形態に係る撮像装置100での画像処理・記録処理を説明するためのフローチャートである。システム制御回路50は、ズームレバー48によって指示される電子ズーム倍率に応じて、RAWデータの変倍処理が必要か否かを判断する(ステップS201)。
前記ステップS201においてRAWデータの変倍処理が必要であると判断した場合は、まずRAWデータ用変倍回路28の変倍パラメータの設定を行う(ステップS202)。そして、A/D変換器14を介して取得した撮影データを、メモリ制御回路18を介してメモリ22からRAWデータ用変倍回路28に読み込み、RAWデータの変倍処理を行った上でメモリ22に書き込んだ後(ステップS203)、ステップS204に移行する。なお、前記ステップS201においてRAWデータの変倍処理が必要でないと判断した場合は、そのままステップS204に移行する。
続いて、システム制御回路50は、記録モードに応じて画像処理回路20の処理パラメータ等の設定を行う(ステップS204)。そして、メモリ22に書き込まれたRAWデータを、メモリ制御回路18を介して画像処理回路20に読み込み、前記ステップS204で設定された処理パラメータに従って色変換処理や補間処理等の画像再現処理を行い、メモリ制御回路18を介してメモリ22に書き込む(ステップS205)。
続いて、システム制御回路50は、ズームレバー48によって指示される電子ズーム倍率に応じて、YUVデータの変倍処理が必要か否かを判断する(ステップS206)。
前記ステップS206においてYUVデータの変倍処理が必要であると判断した場合は、まずYUVデータ用変倍回路29の変倍パラメータの設定を行う(ステップS207)。そして、所望の画像再現処理が施された画像データであるYUVデータを、メモリ制御回路18を介してメモリ22からYUVデータ用変倍回路29に読み込み、YUVデータの変倍処理を行った上でメモリ22に書き込んだ後(ステップS208)、ステップS209に移行する。なお、前記ステップS206においてYUVデータの変倍処理が必要でないと判断した場合は、そのままステップS209に移行する。
続いて、システム制御回路50は、所望の画像処理及び電子ズーム倍率に応じて変倍処理された画像データを、メモリ制御回路18を介して圧縮・伸長回路26に読み込み、非可逆圧縮のためのDCT変換・量子化処理及びハフマン符号化等の非可逆圧縮処理を行って、メモリ22に書き込む(ステップS209)。
その後、システム制御回路50は、メモリ22に書き込まれた圧縮データストリームの記録媒体24への書き込み処理を行う(ステップS210)。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、ISO感度に応じてRAWデータの縮小変換を行うようにした例である。なお、撮像装置100の基本構成は上記第1の実施形態で説明したものと同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。
撮影時におけるISO感度とRAWデータの変倍率と最大記録可能画像サイズ(JPEGサイズ)との関係を以下に示す。
Figure 0004769567
システム制御回路50は、モードダイヤル40等によって指示される撮影時のISO感度に応じて、最大記録可能画像サイズの判断を行い、最大記録可能画像サイズに応じて、RAWデータ用変倍回路28の変倍パラメータの設定を行う。
一般に、撮像素子から出力される画像データに発生するランダムノイズの影響は、ISO感度が高くなるにつれて大きくなる。すなわち、本発明によるRAWデータの縮小変換によるランダムノイズ低減効果は、高感度撮影時において特に大きな効果を奏し、低感度撮影時においては、RAWデータの縮小変換によるランダムノイズ低減の効果を期待するまでもない場合がある。
これにより、画素数が非常に多いセンサを使用した場合において、撮影時のISO感度に応じて、ランダムノイズ低減効果に対して最適な画像サイズに変換して画像データをユーザに提供することが可能になる。
なお、本発明の目的は、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(基本システム或いはオペレーティングシステム)等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
実施形態に係る撮像装置100の構成を示す図である。 RAWデータの縮小変換の一例を説明するための図である。 センサから出力される最大画素数と記録メディアに記録される最大画素数との関係、電子ズーム倍率とRAWデータの変倍率との関係、並びに、RAWデータの変倍率とYUVデータの変倍率との関係を説明するための図である。 第1の実施に係る撮像装置の画像処理・記録処理を説明するためのフローチャートである。 第2の実施に係る撮像装置の画像処理・記録処理を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
10:レンズユニット
12:撮像素子
14:A/D変換器
16:タイミング発生回路
18:メモリ制御回路
20:画像処理回路
22:メモリ
24:記録媒体
26:圧縮・伸長回路
28:RAWデータ用変倍回路
29:YUVデータ用変倍回路
30:D/A変換器
32:画像表示部
34:光学ファインダ
36:フラッシュ
38:レンズ制御
40:モードダイヤル
42:シャッタースイッチ
44:シャッターボタン
46:表示切替スイッチ
48:ズームレバー
52:メモリ
60:電源制御
62:コネクタ
64:電源部
100:撮像装置

Claims (6)

  1. 被写体からの光を光電変換して画像信号を生成する撮像手段と、
    前記撮像手段から出力される画像信号をA/D変換するA/D変換手段と、
    前記A/D変換手段によるA/D変換後の画像データの一部を切出すことでズーム効果を得る電子ズーム手段と、
    前記A/D変換手段によるA/D変換後の画像データを、前記画像データが有するフィルタ配列を保持したまま、前記A/D変換後の画像データの画素数よりも小さな第1の画素数に縮小変換する第1のデータ変換手段と
    前記第1のデータ変換手段により変換された画像データを可逆圧縮する圧縮手段と、
    前記圧縮手段により圧縮された画像データを記録媒体に記録する記録手段と、を備え、
    前記第1のデータ変換手段は、前記電子ズーム手段による切出し画素数が前記第1の画素数以下である場合には、縮小変換を行わないことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第1のデータ変換手段は、前記電子ズーム手段による切出し画素数が前記第1の画素数より大きい場合には前記第1の画素数への縮小変換を行うこと特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記第1のデータ変換手段は、撮影時の撮影感度に応じて、前記第1の画素数を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
  4. 被写体からの光を光電変換して画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号をA/D変換するA/D変換手段と、画像データを記録する記録手段と、を備える撮像装置の制御方法であって、
    前記A/D変換手段によるA/D変換後の画像データの一部を切出すことでズーム効果を得る電子ズームステップと、
    前記電子ズームステップによる切出し画素数が前記A/D変換後の画像データの画素数よりも小さな第1の画素数より大きい場合には、前記A/D変換手段によるA/D変換後の画像データを、前記画像データが有するフィルタ配列を保持したまま、前記第1の画素数に縮小変換し、前記電子ズームステップによる切出し画素数が前記第1の画素数以下である場合には、前記A/D変換後の画像データを縮小変換しないようにする第1のデータ変換ステップと、
    前記第1のデータ変換ステップにより変換された画像データを可逆圧縮する圧縮ステップと、
    前記圧縮ステップにより圧縮された画像データを記録媒体に記録する記録ステップと、を備えることを特徴とする撮像装置の制御方法。
  5. 請求項4に記載の撮像装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
  6. 請求項4に記載の撮像装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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