JP5117217B2 - 撮像システム及び画像処理方法並びに画像処理プログラム - Google Patents
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Description
本発明の第1の態様は、撮像系からの映像信号を階調変換して出力する撮像システムであって、Mビットの映像信号をNビット(M、Nは整数、M>N)の映像信号に変換する第1階調変換特性を用いて第1階調変換処理された映像信号から、第2階調変換特性を算出する第2階調変換特性算出手段と、前記第1階調変換特性を用いて、前記第2階調変換特性算出手段により算出された第2階調変換特性を補正する第2階調変換特性補正手段と、前記第1階調変換特性を用いて、映像信号に前記第1階調変換処理を行う第1階調変換手段と、前記第2階調変換特性補正手段により補正された前記第2階調変換特性を用いて、前記第1階調変換手段により前記第1階調変換処理が施された映像信号に第2階調変換処理を行う第2階調変換手段とを具備する撮像システムである。
図1は、本発明の一実施形態に係る撮像システムの概略構成を示したブロック図である。本実施形態に係る撮像システムは、例えば、デジタルカメラであり、図1に示されるように、撮像部2と画像処理部3とを備えている。撮像部2は、レンズ系100、シャッター(図示略)、絞り101、カラーフィルタ103、CCD104、及びAFモータ102等を備えている。撮像部2により取得されたアナログ信号の映像信号は、画像処理部3に入力される。
A/D変換部105は、アナログ信号の映像信号をデジタル信号の映像信号に変換し、バッファ106に出力する。バッファ106は、A/D変換部105からの映像信号を保持する。
撮影制御部107は、制御部116からの制御信号に基づいて、バッファ106に保持されている単板状態の映像信号を読み出し、この映像信号のAFエリア内のコントラスト情報を検出する。そして、AFエリア内のコントラストが最大となるようにAFモータ102を制御することで、被写体に焦点を合わせる。また、撮影制御部107は、バッファ106に保持されている映像信号中の輝度レベルや図示しない輝度センサを用いて適正露光となるよう、絞り101およびCCD104の電子シャッター速度などを制御する。
なお、合焦処理においては、上記方法に代えて、例えば、外部赤外線センサを設け、撮影制御部107が、この外部赤外線センサにより測定された主要被写体までの距離に応じてAFモータ102を制御することで、被写体に焦点を合わせることとしてもよい。
信号処理部108は、上記信号処理後の映像信号を第1階調変換特性算出部109、第2階調変換特性算出部110、及び第1階調変換部112に出力する。
例えば、第1階調変換特性算出部109は、表示モードの切替、撮影モード等の撮影時における各種設定条件に対応付けられた複数の第1階調変換特性を保持している。そして、これら複数の第1階調変換特性の中から、制御部116から入力される撮影時の設定条件に対応する第1階調変換特性を抽出する。なお、第1階調変換特性の算出手法については、上記手法に限定されず、公知のその他の手法を用いることも可能である。
図2に第1階調変換特性の一例を示す。図2には、暗部の階調性を考慮した第1階調変換特性が示されている。第1階調変換特性は、例えば、所定の関数式或いはテーブルで表現されている。
クリッピング部303は、図5に示すように、ヒストグラム作成部302により作成されたヒストグラムに対して予め決められている所定のクリッピング値を用いてクリッピング処理を行い、累積正規化部304に出力する。
累積正規化部304は、クリッピング部303から転送されたヒストグラムに対して、累積処理を行い、第2階調変換特性を算出し、第2階調変換特性補正部111に出力する。図6に、第2階調変換特性の一例を示す。図6において、実線はクリッピング処理前のヒストグラムから算出された第2階調変換特性の一例を、点線はクリッピング処理後のヒストグラムから算出された第2階調変換特性の一例を示している。図6から明らかなように、クリッピング処理を行うことによってコントラストをあまり強調しない第2階調変換特性を得ることが可能となる。
傾き算出部200は、第1階調変換特性算出部109によって算出された第1階調変換特性の各入力ビットの変化量に対する出力ビットの変化量を示す傾きをそれぞれ求め、比較部201に出力する。具体的には、第1階調変換特性の各入力ビットに対する傾きを、微分演算をすることによってそれぞれ算出する。
圧縮部114は、第2階調変換部113から転送された映像信号に対して公知のJPEG等の圧縮処理を行い、出力部115へ出力する。出力部115は、メモリカード(図示略)などへ圧縮信号を記録保存する。或いは、外部表示ディスプレイに映像信号を表示する。
まず、ユーザによって、外部I/F部117を介してISO感度、露出等の撮影条件が設定され、シャッターボタンが半押しされると、プリ撮影モードに入る。プリ撮影モードでは、レンズ系100、絞り101、カラーフィルタ103、CCD104を介して映像信号が取得され、A/D部105においてデジタル信号へ変換された後、バッファ106に転送される。なお、本実施形態例においてCCD104はRGB原色系の単板CCDを想定し、A/D部105による信号の階調幅をMビットとする。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
上述した実施形態では、第2階調変換特性の傾きを直接的に補正していたが、これに代えて、第2階調変換特性を算出するのに使用されるヒストグラムのクリッピング値を調整することにより、第2階調変換特性を補正することとしてもよい。
第2階調変換特性補正部111は、比較部201の比較結果、換言すると、第1階調変換特性の傾きに応じて、クリッピング303が用いているクリッピング値を調整する。例えば、傾きが所定の閾値よりも小さい領域が全体に占める割合に応じて、クリッピング値を調整する。より具体的には、図8に示すような第1階調変換特性において、傾きが所定の閾値よりも小さい領域が多いほど、クリッピング値を小さい値に変更する。
補正部202は、補正後のクリッピング値を用いて、ヒストグラム作成部302によって作成されたヒストグラムのクリッピング処理を再度行い、クリッピング処理後のヒストグラムを用いて第2階調変換特性を再度算出することで、補正後の第2階調変換特性を得る。なお、クリッピング処理後のヒストグラムから第2階調変換特性を作成する方法は、上述した累積正規化部304と同様である。
なお、上記説明においては、補正部202がクリッピング処理、並びに第2階調変換特性の再生成を行うこととしたが、この構成に限られることなく、例えば、補正部202から調整後のクリッピング値を第2階調変換特性算出部110のクリッピング303に転送することとしてもよい。これにより、再度のクリッピング処理をクリッピング部303に行わせるとともに、クリッピング処理後のヒストグラムに基づく第2階調変換特性の算出処理を累積正規化部304に行わせることが可能となる。このようにすることで、装置構成をより簡略化することが可能となる。
例えば、上述した実施形態に係る第2階調変換特性算出部110の構成は一例であり、図11に示すように、局所領域抽出部305を更に備える構成としてもよい。このような構成に係る第2階調変換特性算出部110´においては、局所領域抽出部305において、階調変換部301から転送された映像信号に対して注目画素を中心とする局所領域が抽出され、ヒストグラム作成部302に転送される。ヒストグラム作成部302は、局所領域毎にヒストグラムを作成し、クリッピング部303へ転送する。クリッピング部303では、ヒストグラムにクリッピング処理を施し、処理後のヒストグラムを累積正規化部304に転送する。累積正規化部304では、クリッピング処理された各局所領域におけるヒストグラムに対して累積処理を行い、注目画素における階調変換特性を算出する。このような構成にすることによって、映像信号の画素毎に異なる階調変換特性を算出することができ、より自由度の高い階調変換処理を行うことが可能となる。
また、更に、上記第2階調変換特性算出部110における累積正規化部104に代えて、例えば、複数の第2階調変換特性をテーブルとして予め保有しており、ヒストグラム作成部302によって作成されるヒストグラムの情報に応じて、複数の第2階調変換特性の中から適切なものを選択することで第2階調変換特性を求める算出部(正規化手段)を設けることとしてもよい。
また、上記第2階調変換特性算出部110における累積正規化部104に代えて、複数のガンマ値を保持し、ヒストグラムの情報に応じて適切なガンマ値を選択し、このガンマ値からガンマ曲線を設定することで、第2階調変換特性を求める算出部(正規化手段)を設けることとしてもよい。
また、本実施形態では、クリッピング部303によってクリッピング処理された後のヒストグラムを使用して、累積正規化部304が第2階調変換特性を作成することとしたが、これに代えて、クリッピング部303を構成要素からはずして、クリッピング処理がされていないヒストグラムを用いて、第2階調変換特性を求めることとしてもよい。
3 画像処理部
108 信号処理部
109 第1階調変換特性算出部
110 第2階調変換特性算出部
111 第2階調変換特性補正部
112 第1階調変換部
113 第2階調変換部
116 制御部
300 バッファ
301 階調変換部
302 ヒストグラム作成部
303 クリッピング部
304 累積正規化部
200 傾き算出部
201 比較部
202 補正部
203 ROM
305 局所領域抽出部
Claims (13)
- 撮像系からの映像信号を階調変換して出力する撮像システムであって、
Mビットの映像信号をNビット(M、Nは整数、M>N)の映像信号に変換する第1階調変換特性を用いて第1階調変換処理された映像信号から、第2階調変換特性を算出する第2階調変換特性算出手段と、
前記第1階調変換特性を用いて、前記第2階調変換特性算出手段により算出された第2階調変換特性を補正する第2階調変換特性補正手段と、
前記第1階調変換特性を用いて、映像信号に前記第1階調変換処理を行う第1階調変換手段と、
前記第2階調変換特性補正手段により補正された前記第2階調変換特性を用いて、前記第1階調変換手段により前記第1階調変換処理が施された映像信号に第2階調変換処理を行う第2階調変換手段と
を具備する撮像システム。 - 前記第2階調変換特性補正手段は、
前記第1階調変換特性における入力信号の変化量に対する出力信号の変化量を示す傾きを算出する傾き算出手段と、
前記傾きに応じて前記第2階調変換特性の補正を行う補正手段と
を具備する請求項1に記載の撮像システム。 - 前記第1階調変換特性における傾きと所定の閾値とを比較し、前記第1階調変換特性において、前記傾きが前記閾値よりも小さい領域を特定する比較手段を備え、
前記補正手段が、前記第2階調変換特性における前記比較手段によって特定された領域に対応する領域において、前記第2階調変換特性における入力信号の変化量に対する出力信号の変化量を示す傾きが小さくなるように、前記第2階調変換特性を補正する請求項2に記載の撮像システム。 - 前記第2階調変換特性算出手段は、
前記第1階調変換特性を用いた前記第1階調変換処理が行われた後の前記映像信号のヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段と、
前記ヒストグラムを所定のクリッピング値を用いてクリッピング処理するクリッピング手段と、
クリッピング処理後の前記ヒストグラムを用いて前記第2階調変換特性を算出する正規化手段と
を備え、
前記補正手段は、前記比較手段の比較結果に基づいて前記クリッピング値を変更し、変更後の前記クリッピング値を用いて前記ヒストグラム算出手段により作成されたヒストグラムをクリッピング処理し、該クリッピング処理後のヒストグラムを用いて前記第2階調変換特性を算出し、この第2階調変換特性を補正後の前記第2階調変換特性として前記第2階調変換手段に出力する請求項3に記載の撮像システム。 - 前記補正手段は、変更後の前記クリッピング値を前記第2階調変換特性算出手段に供給し、変更後の前記クリッピング値を用いたクリッピング処理を前記クリッピング手段に行わせ、該クリッピング処理後の前記ヒストグラムに基づく前記第2階調変換特性の算出処理を前記正規化手段に行わせる請求項4に記載の撮像システム。
- 前記補正手段は、前記第1階調変換特性において、前記所定の閾値よりも小さい傾きを示す領域が占める割合が多いほど、前記クリッピング値を小さな値に変更する請求項4または請求項5に記載の撮像システム。
- 前記第2階調変換特性算出手段は、
前記第1階調変換特性を用いた前記第1階調変換処理が行われた後の前記映像信号のヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段と、
前記ヒストグラムを用いて前記第2階調変換特性を算出する正規化手段と
を具備する請求項1から請求項3のいずれかに記載の撮像システム。 - 前記正規化手段は、複数の前記第2階調変換特性を保持し、前記ヒストグラムに基づいて複数の前記第2階調変換特性の中から一の前記第2階調変換特性を選択する請求項7に記載の撮像システム。
- 前記正規化手段は、複数のガンマ値を保持し、前記ヒストグラムに基づいて複数の前記ガンマ値の中から一のガンマ値を選択し、選択したガンマ値を用いてガンマ曲線を設定し、該ガンマ曲線を前記第2階調変換特性とする請求項7に記載の撮像システム。
- 前記正規化手段は、前記ヒストグラムに対してクリッピング処理を行うクリッピング手段と、前記クリッピング処理が行われたヒストグラムの累積値を算出することにより、前記第2階調変換特性を算出する累積値算出手段とを具備する請求項7に記載の撮像システム。
- 前記第1階調変換特性は、撮影時における表示モード、撮影モード等の各種設定条件に基づいて決定される請求項1から請求項10のいずれかに記載の撮像システム。
- 撮像系からの映像信号を階調変換して出力する画像処理方法であって、
Mビットの映像信号をNビット(M、Nは整数、M>N)の映像信号に変換する第1階調変換特性を用いて第1階調変換処理された映像信号から、第2階調変換特性を算出する過程と、
前記第1階調変換特性を用いて、前記第2階調変換特性を補正する過程と、
前記第1階調変換特性を用いて、映像信号に前記第1階調変換処理を行う過程と、
補正後の前記第2階調変換特性を用いて、前記第1階調変換処理が施された映像信号に第2階調変換処理を行う過程と
を有する画像処理方法。 - 撮像系からの映像信号に対する階調変換処理をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムであって、
Mビットの映像信号をNビット(M、Nは整数、M>N)の映像信号に変換する第1階調変換特性を用いて第1階調変換処理された映像信号から、第2階調変換特性を算出する処理と、
前記第1階調変換特性を用いて、前記第2階調変換特性を補正する処理と、
前記第1階調変換特性を用いて、映像信号に前記第1階調変換処理を行う処理と、
補正後の前記第2階調変換特性を用いて、前記第1階調変換処理が施された映像信号に第2階調変換処理を行う処理と
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
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