JP6971794B2 - 照明装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とする照明装置に関する。

従来、例えばストロボ装置のような照明装置を用いて撮像装置で撮影を行った際に、ストロボ装置の発光色の色情報を用いて画像データのホワイトバランス（以下、ＷＢ）の処理を行っている（特許文献１）。

特許第２６６８９８３号公報

ところで、ストロボ装置の光源として一般的にＸｅ管が使用されてきたが、近年はＬＥＤを光源とするストロボ装置も提案されている。しかしながら、特許文献１に記載のカメラでは、画像データのＷＢ処理はＸｅ管の分光特性を前提に実施されており、ＬＥＤを光源としたストロボ装置が装着されることを考慮していない。Ｘｅ管とＬＥＤは分光特性が異なるため、従来から用いられている２次元で表される色度や色温度の形式である色情報では分光特性の違いを表すことができない。そのため、Ｘｅ管とＬＥＤの分光特性のずれの影響で適正なＷＢ補正ができない。

そこで、本発明は、特定光源を光源とした照明装置を前提としたＷＢ補正を行う画像処理であっても、適切にＷＢ処理を行うことができるようにすることを目的とする。

本発明にかかる照明装置は、ＬＥＤを用いた光源と、前記ＬＥＤに関する色情報を送信する送信手段と、を有し、前記送信手段は、前記ＬＥＤに関する色情報として、特定光源と前記ＬＥＤの分光特性の差を補償した色情報を送信することを特徴とする。

本発明によれば、特定光源を光源とした照明装置を前提としたＷＢ補正を行う画像処理装置であっても、適切にＷＢ処理を行うことができる。

本発明の第１の実施形態にかかる撮像システムの構成図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像システムの動作シーケンスを示すフローチャート図である。 白色ＬＥＤとＸｅ管の分光特性の比較を示すグラフである。 撮像素子の分光感度特性を示すグラフである。 白色ＬＥＤを光源とした場合の撮像素子の分光感度出力を示すグラフである。 Ｘｅ管を光源とした場合の撮像素子の分光感度出力を示すグラフである。 各色の色情報補正係数αを示す図である。 本発明の第２の実施形態にかかる撮像システムの動作シーケンスを示すフローチャート図である。 橙ＬＥＤ、白色ＬＥＤ、Ｘｅ管の分光特性の比較を示すグラフである。 橙ＬＥＤを光源とした場合の撮像素子の分光感度出力を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態にかかる撮像システムの動作シーケンスを示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施形態による撮像システムの一例について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる、照明装置であるＬＥＤストロボ１０が撮像装置であるカメラ２０に装着されている撮像システムの構成図である。

まず、ＬＥＤストロボ１０の構成を説明する。マイコン１は、ＬＥＤ駆動回路のＯＮ／ＯＦＦ制御、光源であるＬＥＤ６の色情報の演算、ＬＥＤ駆動条件の決定等を行う。また、マイコン１は、後述するカメラ２０のカメラ制御部２５からの発光指示を受信して発光制御を行うだけでなく、演算したＬＥＤ６の色情報をカメラ制御部２５へ送信する。

電源３は電池による電源であり、キャパシタ４は電源３から充電回路５を介して充電され、本実施形態では電気二重層コンデンサを用いている。電源制御部２は、キャパシタ４を入力の電源とし電源制御部２の出力側に接続されるＬＥＤ６を、発光電流決定部１３の指示により電流で駆動する。本実施形態では、電源制御部２は降圧型のスイッチングコンバータ回路を用いており、入力側はキャパシタ４に接続され、出力側はＬＥＤ６に接続されている。演算部１１は発光電流決定部１３により決定されるＬＥＤ６の駆動条件に対応する色情報を、メモリである記録部１２に記録されている色情報テーブルから読み込む。

次に、カメラ２０の構成を説明する。撮像素子２１は、撮影レンズ２００により形成された光学像としての被写体像を光電変換して電気信号を出力するＣＭＯＳやＣＣＤなどの撮像素子である。Ａ／Ｄ変換部２２は、撮像素子２１から出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換し、画像処理部２３は、該デジタル信号に対する各種画像処理を行って画像を生成する。画像処理部２３は、ＷＢ処理部２３０と色処理部２３１とその他の信号処理部２３２から構成される。ＷＢ処理部２３０は、画像処理部２３への入力画像を構成するＲ、Ｇ、Ｂの各色信号に対し、それぞれゲインをかけＲ、Ｇ、Ｂの色比を調整する処理（ＷＢ処理）を行う。色処理部２３１は、色の濃さや色合いの調整、３Ｄ−ＬＵＴなどの色変換処理を行う。また、信号処理部２３２は、画素補間処理や明度調整処理、ガンマ処理などの現像処理を行う。メモリ２４は、ＷＢ処理部２３０で使用する後述の各種データを格納する。ＬＥＤストロボ１０のＬＥＤ６を発光させて撮影した場合、ＷＢ処理部２３０は、ＬＥＤストロボ１０から送信された色情報を用いてＷＢ処理を行う。

本実施形態では、カメラ２０が特定光源としてＸｅ管光源を前提としたＷＢ処理を行うものでＬＥＤ光源を使用した場合のＷＢ処理に対応していないカメラ（以下、非対応カメラ）とする。そして、非対応カメラにＬＥＤストロボ１０を装着し撮影した時にもカメラ２０で適正なＷＢ処理が行われるようにするものである。

ここで、解決すべき課題の詳細を説明する。前述の通りＸｅ管とＬＥＤは分光特性が異なる。両者の分光特性の差について図３を用いて説明を行う。Ｘｅ管は可視域ほぼ全域において特性がリッチであり高演色であるのに対して、一般的に発光効率重視の白色ＬＥＤは青色ＬＥＤと黄色蛍光体の合成色で白色を作り出しており演色性がよくない。従来のストロボ装置は、発光色を色温度、Δｕｖ、色度の情報を色情報として撮像装置に伝えていたが、演色性の差は従来の色情報では表現できない。Ｘｅ管と白色ＬＥＤが仮にどちらも同じ色度の白色であったとしても分光特性としては異なるため、Ｘｅ管が前提でＷＢ処理を行う非対応カメラとＬＥＤストロボの組み合わせでは分光特性の差がＷＢのずれとして表れ適正な色にならない。

図２は、本実施形態にかかる撮像システムの動作シーケンスを示すフローチャート図であり、ＬＥＤストロボ１０のＬＥＤ６を発光させて撮影する場合のＬＥＤストロボ１０とカメラ２０の動作を示している。図２のフローチャートは、ＬＥＤストロボ１０、カメラ２０が接続され、かつ、互いに電源がオンの状態にて開始される。

ステップＳ１００にてマイコン１は、電源３から充電回路５を介してキャパシタ４の充電を開始する。

カメラ２０の不図示のシャッターボタンが操作されると、ステップＳ１０１にてマイコン１とカメラ制御部２５は通信を行いそれぞれカメラＩＤとストロボＩＤを取得する。ここで取得したＩＤ情報は、撮像装置側では接続されている照明装置の光源がＬＥＤかＸｅ管かの判定、照明装置側では撮像装置がＬＥＤ対応のＷＢ処理が可能かどうかの判定にそれぞれ用いられる。

次にカメラ２０は、被写体の測光、測距動作を行うが公知の制御なのでここでは説明を省略する。その後、ステップＳ１０２にてカメラ制御部２５は、測光結果とカメラ２０の撮影条件設定により決定された発光命令をＬＥＤストロボ１０に送信する。発光命令の通信内容には発光量、発光時間、露光開始時間のタイミング情報が含まれる。

この発光命令に従い、ステップＳ１０３にてマイコン１は、発光電流決定部１３を制御してＬＥＤ６の発光を行う。

ステップＳ１０４にてマイコン１は、ステップＳ１０３で得た発光命令の条件に基づいて、記録部１２に記録されている色情報テーブルから色情報を読み込む。本実施形態では色情報をＲＧＢで表し（Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０）とする。

ステップＳ１０５にてマイコン１は、ステップＳ１０１で取得したカメラＩＤがＬＥＤ対応のＷＢ処理が可能なカメラ（以下、対応カメラ）を示すか否かを判定する。非対応カメラと判定した場合は色情報の補正が必要になるためステップＳ１０６に進み、対応カメラと判定した場合、色情報の補正は行わずステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０６にてマイコン１は、記録部１２に記録されている色情報補正係数αを読み込む。色情報補正係数αは、撮像素子の分光感度によって違うため装着されるカメラによって異なる。そこで、マイコン１は、ステップＳ１０１で取得したカメラＩＤからカメラを識別しテーブルで記録されている色情報補正係数αを読み込む。

なお、色情報補正係数αは下記の様に求められ予めテーブルで記録されている。色情報補正係数αは白色ＬＥＤとＸｅ管の分光特性の差を補償するためのものであるがその求め方について図３〜７を用いて説明を行う。

図３は、白色ＬＥＤとＸｅ管の分光特性の比較を示すグラフである。図４は、撮像素子の分光感度特性を示すグラフである。図５は、白色ＬＥＤを光源とした場合の撮像素子の分光感度出力を示すグラフであり、白色ＬＥＤ感度係数をｗとする。図５中の表は白色ＬＥＤ感度係数ｗのＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの出力値になる。図６は、Ｘｅ管を光源とした場合の撮像素子の分光感度出力を示すグラフであり、Ｘｅ管感度係数ｘとする。図６中の表はＸｅ管感度係数ｘのＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの出力値になる。図７は、各色の色情報補正係数αを示す図であり、色情報補正係数αは白色ＬＥＤ感度係数ｗをＸｅ管感度係数ｘで除算することで求められる。図７において色情報補正係数αは、Ｂｌｕｅを基準にした場合、ＲＥＤは＋１％、ＧＲＥＥＮは＋１９％となっている。

図２のフローチャートに戻り、ステップＳ１０７にてマイコン１は、ステップＳ１０４で得られた色情報（Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０）とステップＳ１０６で得られた色情報補正係数αから下記の式１〜３を用いて補正色情報（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）を求める。
Ｒ１＝Ｒ０÷１．０１ （式１）
Ｇ１＝Ｇ０÷１．１９ （式２）
Ｂ１＝Ｂ０÷１ （式３）

ステップＳ１０８にてマイコン１は、ステップＳ１０４で取得した色情報、あるいはステップＳ１０７で求めた色情報をカメラ２０に送信する。

ステップＳ１０９にてＷＢ処理部２３０は、ステップＳ１０８でＬＥＤストロボ１０から送信された色情報を用いてＷＢ処理を行う。ここでカメラ２０は非対応カメラであるため、ＷＢ処理は色情報（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）にＷＢ係数をかけた値をＲＧＢ各画素にそれぞれ行う。ここでのＷＢ係数とは撮像素子２１のＲＧＢ各色の感度に合わせた値であり各色によって係数は異なる。ＷＢ係数は撮像素子２１の特性によって決定されメモリ２４に格納されている。Ｒ、Ｇ、ＢのＷＢ係数をそれぞれＷｂＧａｉｎＲ、ＷｂＧａｉｎＧ、ＷｂＧａｉｎＢとし、ＷＢ処理前のＲ、Ｇ、Ｂ値をＰＲＥＲＥＤ、ＰＲＥＧＲＥＥＮ、ＰＲＥＢＬＵＥとする。ＷＢ処理後のＲ、Ｇ、Ｂ値をそれぞれＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥとすると、ＷＢ処理は式４〜６のように表すことができる。
ＲＥＤ ＝ＷｂＧａｉｎＲ ×Ｒ１× ＰＲＥＲＥＤ （式４）
ＧＲＥＥＮ ＝ＷｂＧａｉｎＧ ×Ｇ１× ＰＲＥＧＲＥＥＮ （式５）
ＢＬＵＥ＝ＷｂＧａｉｎＢ ×Ｂ１× ＰＲＥＢＬＵＥ （式６）

ＷＢ処理の後は、色処理部２３１、信号処理部２３２によって３Ｄ−ＬＵＴ（３次元ルックアップテーブル）を用いた色空間変換処理の他、画素補間処理や明度調整処理、ガンマ処理を行うが、公知の技術のため説明は省略する。

なお、光の色情報はここではＲＧＢを用いて演算を行ったが色情報の形式はＲＧＢに限定しない。

以上のシーケンスによりＬＥＤ光源に対して非対応のカメラにＬＥＤ光源を持つ照明装置が装着された場合でも適正なＷＢ処理を実現できる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、ＬＥＤストロボ１０のＬＥＤ６が複数個あり複数色（２色以上）の異なる発光色を持つ構成である例を説明する。

図８は本実施形態にかかる撮像システムの動作シーケンスを示すフローチャート図であり、ＬＥＤストロボ１０の複数の発光色を持つＬＥＤ６を発光させて撮影する場合のＬＥＤストロボ１０とカメラ２０の動作を示している。本実施形態では、ＬＥＤ６は第１の実施形態で使用した白色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤに赤色蛍光体を混ぜて演色性を高めた橙ＬＥＤの２色の発光体で構成されている。図９は、橙ＬＥＤ、白色ＬＥＤ、Ｘｅ管の分光特性の比較を示すグラフである。図１０は、橙ＬＥＤを光源とした場合の撮像素子の分光感度出力を示すグラフであり、橙ＬＥＤ感度係数をｏとする。図１０中の表は橙ＬＥＤ感度係数ｏのＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの出力値になる。

図８において、ステップＳ２００〜Ｓ２０２は図２のステップＳ１００〜Ｓ１０２と同じであるため説明を省略する。

ステップＳ２０３にてマイコン１は、発光電流決定部１３を制御してＬＥＤ６の発光を行う。ＬＥＤ６内の２色の発光比率は、カメラ２０からの指示で決定する方法とＬＥＤストロボ１０でユーザーが設定する方法のいずれかによって決定される。

ステップＳ２０４にてマイコン１は、ステップＳ２０３で発光した比率を元に記録部１２に記録されている色情報テーブルから色情報を読み込む。本実施形態では色情報をＲＧＢで表し（Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０）とする。

ステップＳ２０５にてマイコン１は、ステップＳ２０１で取得したカメラＩＤがＬＥＤ対応のＷＢ処理が可能なカメラ（以下、対応カメラ）を示すか否かを判定する。非対応カメラと判定した場合は色情報の補正が必要になるためステップＳ２０６に進み、対応カメラと判定した場合、色情報の補正は行わずステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０６にてマイコン１は、記録部１２に記録されている２色の色情報補正係数を読み込む。白色ＬＥＤと橙ＬＥＤは補正係数が異なるため、白色ＬＥＤ感度係数ｗと橙ＬＥＤ感度係数ｏをそれぞれ読み込む必要がある。

ステップＳ２０７にてマイコン１は、ステップＳ２０６で取得した白色ＬＥＤ、橙ＬＥＤの感度係数に発光比率分を補正し最終的な色情報補正係数αを求める。ここでは発光比率を白色ＬＥＤ：橙ＬＥＤ＝２：１とした例を説明する。色情報補正係数αの求め方として、まず白色ＬＥＤと橙ＬＥＤの合成光の感度係数ｍ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を求める。ｍ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）＝白色ＬＥＤ発光比率×白色ＬＥＤ発光感度係数ｗ ＋ 橙ＬＥＤ発光比率×橙ＬＥＤ発光感度係数ｏであるので、各感度係数ｍ（ＲＥＤ）、ｍ（ＧＲＥＥＮ）、ｍ（ＢＬＵＥ）は式７〜９のように表すことができる。
ｍ（ＲＥＤ）＝２×０．６６＋１×３．３２＝４．６４ （式７）
ｍ（ＧＲＥＥＮ）＝２×１．２７＋１×２．８１＝５．３６ （式８）
ｍ（ＢＬＵＥ）＝２×１＋１×１＝３ （式９）

ｍ（ＢＬＵＥ）を１として基準とした正規化後は、ｍ（ＲＥＤ）＝１．５５、ｍ（ＧＲＥＥＮ）＝１．７９、ｍ（ＢＬＵＥ）＝１となる。

色情報補正係数αは、合成感度係数ｍを図６で示したＸｅ管感度係数ｘで除算することで求められる。α（ＲＥＤ）＝１．５５÷０．６５＝２．３８、α（ＧＲＥＥＮ）＝１．７９÷１．０７＝１．６７、α（ＢＬＵＥ）＝１÷１＝１となる。

ステップＳ２０８にてマイコン１は、ステップＳ２０４で得られた色情報（Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０）とステップＳ２０７で得られた色情報補正係数αからＷＢ処理は式１０〜１２を用いて補正色情報（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）を求める。
Ｒ１＝Ｒ０÷２．３８ （式１０）
Ｇ１＝Ｇ０÷１．６７ （式１１）
Ｂ１＝Ｂ０÷１ （式１２）

ステップＳ２０９にてマイコン１は、ステップＳ２０４で取得した色情報、あるいはステップＳ２０８で求めた色情報をカメラ２０に送信する。

ステップＳ２１０にてＷＢ処理部２３０はステップＳ２０９でＬＥＤストロボ１０から送信された色情報を用いて、ステップＳ１０９と同様にＷＢ処理を行う。

以上のシーケンスによりＬＥＤ光源に対して非対応のカメラに複数の発光色を有するＬＥＤ光源を持つ照明装置が装着された場合でも適正なＷＢ処理を実現できる。

なお、本実施形態では２色のＬＥＤを用いて説明を行ったが、ＲＧＢ３色や発光比率が変化しても同様の処理を適用できる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、ＬＥＤ光源に対して非対応のカメラにＬＥＤ光源を持つ照明装置を装着した場合に発光時の色情報の送信を禁止することで誤情報を使用して誤ったＷＢ処理が行われる事を防止するものである。

図１１は、本実施形態にかかる撮像システムの動作シーケンスを示すフローチャート図である。ステップＳ３００〜Ｓ３０５は図２のステップＳ１００〜Ｓ１０５と同じであるため説明を省略する。

ステップＳ３０５にて対応カメラと判定した場合、ステップＳ３０６にてマイコン１は補正していない色情報をカメラ２０に送信する。

ステップＳ３０７にてＷＢ処理部２３０は、ステップＳ３０６でＬＥＤストロボ１０から送信された色情報を用いてＷＢ処理を行う。ＷＢ処理はステップＳ１０９と同じ処理のため詳しい説明は省略する。

ステップＳ３０５にて非対応カメラと判定した場合、マイコン１は色情報をカメラ２０に送信せずに一連の動作シーケンスを終了する。ＬＥＤストロボ１０から色情報が送信されない場合のＷＢ処理では、ＬＥＤストロボ１０から光が照射されていないとみなして外光の色情報を用いる。このように、ＬＥＤストロボ１０から色情報を送信しないことで、カメラ２０でＸｅ管が前提の誤ったＷＢ処理を行うことを防止することができる。

なお、上記の３つの実施形態では、照明装置が撮像装置に装着されている撮像システムの例を説明したが、照明装置と撮像装置が通信可能な撮像システムであれば照明装置と撮像装置が物理的に接触していなくてもよい。すなわち、照明装置と撮像装置が物理的に接触していなくても、無線通信などを介して照明装置と撮像装置が通信可能な撮像システムであればよい。

また、照明装置が送信する色情報に基づいて撮像画像に対してＷＢ処理を行う画像処理装置であれば撮像装置でなくてもよい。

また、照明装置と画像処理装置とがアダプタなどの他の外部機器を介して接続されている構成でもよく、照明装置は外部機器に色情報を送信する構成であれば画像処理装置に直接的に色情報を送信しなくてもよい。

１ マイコン
６ ＬＥＤ
１０ ＬＥＤストロボ
１２ 記録部
２０ カメラ
２３ 画像処理部
２４ メモリ

Claims (7)

1. ＬＥＤを用いた光源と、
   前記ＬＥＤに関する色情報を送信する送信手段と、を有し、
   前記送信手段は、前記ＬＥＤに関する色情報として、特定光源と前記ＬＥＤの分光特性の差を補償した色情報を送信することを特徴とする照明装置。
2. 前記送信手段が前記ＬＥＤに関する色情報を送信する画像処理装置が前記特定光源を前提としてＷＢ処理を行う画像処理装置か否かを判定する判定手段をさらに有し、
   前記送信手段は、前記判定手段により前記特定光源を前提としてＷＢ処理を行う画像処理装置と判定した場合、前記ＬＥＤに関する色情報として、前記特定光源と前記ＬＥＤの分光特性の差を補償した色情報を送信することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記送信手段は、前記判定手段により前記特定光源を前提としてＷＢ処理を行う画像処理装置ではないと判定した場合、前記ＬＥＤに関する色情報として、前記ＬＥＤの分光特性を示す色情報を送信することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光源は、複数色のＬＥＤを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記送信手段は、前記ＬＥＤに関する色情報として、前記複数色のＬＥＤの発光比率に応じた前記特定光源と前記ＬＥＤの分光特性の差を補償した色情報を送信する請求項４に記載の照明装置。
6. 前記送信手段は、前記ＬＥＤに関する色情報として、Ｘｅ管と前記ＬＥＤの分光特性の差を補償した色情報を送信することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. ＬＥＤを用いた光源と、前記ＬＥＤに関する色情報を送信する送信手段と、を有する照明装置の制御方法であって、
   前記送信手段により、前記ＬＥＤに関する色情報として、特定光源と前記ＬＥＤの分光特性の差を補償した色情報を送信することを特徴とする照明装置の制御方法。

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