JP6005915B2 - 適応型自動露出制御方法 - Google Patents

Description

本発明はデジタルカメラの自動露出制御方法に関する。より具体的には、本発明は被写体と背景画面を含む一般的なデジタル写真に対して、被写体が主に存在する領域と背景画面が存在する領域とを区分し、各領域毎に平均輝度値を求めた後、被写体の平均輝度値と背景画面の平均輝度値との差を求め、この差が所定範囲内であれば被写体の輝度値に加重値を与えて画像全体の平均輝度値を算出し、この平均輝度値を用いて露出を制御することによって被写体をさらに強調できる適応型自動露出制御方法に関する。

画像の品質に影響を及ぼし、品質が良好でない写真が作られる主な問題の一つは光に対する不適切な露出である。最近のカメラに統合された最新の特徴、例えば、自動利得制御アルゴリズムが存在するものの、相変らず問題が発生している。

デジタルカメラの露出を調節する様々な方法が存在するが、ほとんどが最適化されず、不適切な露出の画像が撮影される。これは携帯電話などのハンドセット装置の場合において特に顕著であるが、ハンドセット装置では複数の要因、例えば、光学装置の品質が悪いこと、フラッシュや高機能な光調節装置がないことなどにより露出が不適切な写真を撮影する結果につながってしまうのである。

どの程度の露出が適切な露出であるかについては明確ではない。しかし、一般的な事項を要約すると、最も重要な領域を再生するにおいて、状況により又は認知的基準により、階調又は輝度のレベルなどに関して可能な領域の中の中心値などで最適な露出を定義することは可能である。いかなる場合も、場面の動的領域が認知的に「高ければ」、全体的に関連細部事項を獲得することは不可能である。

多くの自動露出（ＡＥ）アルゴリズムが開発されているが、大概は正確度又は複雑度において短所を持つ。

本発明の目的は、任意の光センサを用いてさらに高い正確性と速度で露出制御を行うことができる方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、最小フィードバックで露出制御を行うことによって複雑度を低減した露出制御方法を提供することにある。

本発明の一実施例により、デジタルカメラの適応型自動露出制御方法が提供される。本発明の適応型自動露出制御方法は、画像を読み込むステップと、画像を被写体領域と背景画面領域とに区分するステップと、各領域の平均輝度値を計算するステップと、被写体領域の平均輝度値と背景画面領域の平均輝度値との間の平均輝度値の差を計算するステップと、平均輝度値の差が所定範囲内であれば、平均輝度値の差に反比例する加重値を算出するステップと、加重値を被写体領域の平均輝度値に適用して画像全体の平均輝度値を計算するステップと、計算された画像全体の平均輝度値に基づいて自動露出を制御するステップと、を含む。

本発明によれば、逆光の条件、低照明の条件、高コントラストの条件など任意の照明条件で最適な自動露出制御を行うことができる。

本発明の一実施例による被写体領域及び背景画面領域の領域区分を示す図である。 本発明の一実施例による加重値参照曲線を示すグラフである。 本発明の一実施例により、適応的に画像の自動露出を制御する方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施例についてさらに詳しく説明する。

デジタルカメラの露出は画像の平均輝度値を用いて制御できる。しかし、被写体と背景画面との間の輝度の差が大きすぎると、被写体の露出過剰又は露出不足が発生する。

逆光の条件で、全体画像の平均輝度に基づいて露出を制御すると被写体の露出不足を引き起こし得る。これは被写体と背景画面との間の輝度の差が大きいため、平均輝度が背景画面の輝度により決定されるからである。したがって、逆光の強度に応じて被写体の輝度を強調する必要がある。

撮影されたほとんどの画像において、背景画面領域は画像の上部に位置し、被写体は画像の中心及び下部に位置する。したがって、画像は図１に示すように、二つの領域、すなわち、被写体領域Ｒ１と背景画面領域Ｒ２とに区分され得る。

図１に示す領域区分は一般的に最も多く撮影される画像に基づいて経験的に算出されたものである。

図１に示すように、画像の幅をＷ、高さをＨとした場合、被写体領域Ｒ１は底面から高さ１／４Ｈ、幅Ｗを有する第１長方形１１と、高さ１／２Ｈ、幅２／３Ｗを有する第２長方形１２とを合わせた領域で構成することができる。背景画面領域Ｒ２はＲ１を除いた残りの領域とすることができる。

図１に示す被写体領域Ｒ１及び背景画面領域Ｒ２の区分は一例に過ぎず、写真の種類や適用例によって異なる場合がある。

上述のように、露出制御は画像全体の平均輝度値を用いて行われる。本発明の一実施例により、被写体領域Ｒ１の平均輝度値と背景画面領域Ｒ２の平均輝度値との差によって、画像全体の平均輝度値が異なるように決定される。

被写体領域Ｒ１の平均輝度値と背景画面領域Ｒ２の平均輝度値との間の平均輝度値の差（以下、単に「輝度値の差」ともいう。ＬＤ：Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）は、以下の式（１）から求めることができる。
ＬＤ＝Ｌ（Ｒ２）−Ｌ（Ｒ１） ・・・（１）
ここでＬ（Ｒ２）はＲ２領域の画素の平均輝度値、Ｌ（Ｒ１）はＲ１領域の画素の平均輝度値である。

ＬＤによって互いに異なる方式で画像全体の平均輝度値が決定され得る。ＬＤが所定範囲、例えば、−１２７＜ＬＤ＜１２７である場合、被写体領域と背景画面領域との間の輝度の差はそれほど大きくない。この場合に、被写体をさらに強調するために被写体領域Ｒ１の平均輝度値に加重値を与えることができる。このとき、被写体領域Ｒ１の平均輝度値に与えられる加重値は、輝度値の差ＬＤに反比例する０と１の間の値とすることができる。被写体領域Ｒ１に０と１の間の値を乗じると、全体画像の平均値が減少するようになり、したがって、露出制御時にさらに多くの露出が適用され得る。

図２は、本発明の一実施例により、被写体領域の輝度を強調できる加重値に関する参照曲線を示すグラフである。

加重値ｗを用いて全体画像の平均輝度値（ＩａｖＧ）を以下の式（２）で求めることができる。
ＩａｖＧ＝（Ｌ（Ｒ２）＋Ｌ（Ｒ１）＊ｗ）／２ ・・・（２）

輝度値の差ＬＤが−１２７に近いほど、被写体の輝度がより高いことを意味するので、１に近い加重値を与えて元画像全体の平均輝度値を基準に露出を行い、輝度値の差ＬＤが＋１２７に近いほど、背景画面の輝度がより高いことを意味するので、０に近い加重値を与えて露出がより多く適用されるようにすることができる。

輝度値の差ＬＤが上述の範囲外である場合、被写体領域の輝度がより高いか、又は背景画面領域の輝度がより高い。この場合は輝度がより高い領域の平均輝度値を画像全体の平均輝度値として決定できる。

例えば、輝度値の差ＬＤがＬＤ≦−１２７であれば、被写体領域Ｒ１の平均輝度値を画像全体の平均輝度値として決定できる。また、輝度値の差ＬＤが１２７≦ＬＤであれば、背景画面領域Ｒ２の平均輝度値を画像全体の平均輝度値として決定できる。

図３は本発明の一実施例により、適応的に画像の自動露出を制御する方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１で画像を撮影するか又はカメラの保存媒体に保存された画像データを読み込む。ステップＳ１０２でカメラの画像補正過程、例えばレンズシェーディング補償、黒レベル調整、センサ直線性チェック及び補間などを行う。その後、カメラの画像補正過程が完了した画像のＲＧＢ値が露出補正アルゴリズムに入力される。

ステップＳ１０３でＲＧＢ値をＹＣｂＣｒ値に変換して画像を構成する画素のＹ値を抽出する。

ステップＳ１０４で図１の各領域Ｒ１、Ｒ２に対して平均輝度値を計算し、ステップＳ１０５で平均輝度値の差ＬＤを計算する。

ステップＳ１０６で、輝度値の差ＬＤが−１２７＜ＬＤ＜１２７であれば、ステップＳ１０７で図２に示す加重値に関する参照曲線を用いてＲ１の平均輝度値に対する加重値を算出する。次いで、ステップＳ１０８で加重値を与えた値で画像全体の平均輝度値を計算する。すなわち、画像全体の平均輝度値ＡＬ（Ａｖｅｒａｇｅ Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）は以下の式（３）によって決定される。
ＡＬ＝（Ｌ（Ｒ２）＋Ｌ（Ｒ１）＊ｗ）／２ （３）
ここで、Ｌ（Ｒ２）は領域Ｒ２の平均輝度値、Ｌ（Ｒ１）は領域Ｒ１の平均輝度値、ｗは図２の伝達関数曲線から算出されたＬ（Ｒ１）の平均輝度値による加重値である。

ステップＳ１０９で算出された平均輝度値を用いて自動露出制御を行う。

ステップＳ１１０で、輝度値の差ＬＤがＬＤ＜−１２７であれば、ステップＳ１１１で、被写体領域Ｒ１の平均輝度値を画像全体の平均輝度値として決定し、ステップＳ１０９で算出された平均輝度値を用いて自動露出制御を行う。

輝度値の差ＬＤがＬＤ＞１２７であれば、ステップＳ１１２で背景画面領域Ｒ２の平均輝度値を画像全体の平均輝度値として決定し、ステップＳ１０９で算出された平均輝度値を用いて自動露出制御を行う。

以上、本発明による実施例について説明したが、これは例示的なものに過ぎず、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、これより様々な変形及び均等の範囲の実施例を実施し得ることを理解できるはずである。したがって、本発明の保護範囲は特許請求の範囲のみでなくこれと均等なものによって決められるべきである。

Claims (4)

1. 画像を読み込むステップと、
   前記画像を被写体領域と背景画面領域とに区分するステップと、
   前記各領域の平均輝度値を計算するステップと、
   前記被写体領域の平均輝度値と前記背景画面領域の平均輝度値との間の平均輝度値の差を計算するステップと、
   前記平均輝度値の差が所定範囲内であれば、前記平均輝度値の差が大きくなるほど減少する加重値を算出するステップと、
   前記加重値を前記被写体領域の平均輝度値に適用して画像全体の平均輝度値を計算するステップと、
   前記平均輝度値の差が所定範囲外であれば、前記被写体領域の平均輝度値を前記画像全体の平均輝度値として決定するステップと、
   計算または決定された前記画像全体の平均輝度値に基づいて自動露出を制御するステップと、
   を含み、
   前記所定範囲は−１２７より大きく１２７より小さい範囲であることを特徴とする適応型自動露出制御方法。
2. 前記平均輝度値の差が−１２７以下であれば、前記被写体領域の平均輝度値を前記画像全体の平均輝度値として決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の適応型自動露出制御方法。
3. 前記平均輝度値として決定するステップは、
   前記平均輝度値の差が１２７以上であれば、前記背景画面領域の平均輝度値を前記画像全体の平均輝度値として決定するステップを含む、請求項１または２に記載の適応型自動露出制御方法。
4. 前記各領域の平均輝度値を計算するステップは、
   前記画像のＲＧＢ値をＹＣｂＣｒ値に変換するステップと、
   Ｙ値を抽出するステップと、
   前記各領域毎のＹ値の算術平均を計算するステップと、
   を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の適応型自動露出制御方法。

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