(57)【要約】【課題】露光時間の異なる複数種類の画像を取得し、画像取得後に解析をして得られた結果に応じて画像を処理して、高画質な画像を生成する撮像装置を提供する。【解決手段】被写体ブレ抑制用の画像を１枚、通常の１枚撮影の露光時間で撮影した画像を４枚、マルチプレーン加算用の画像を４枚、連写撮影し（ステップＡ２）、通常の露光時間で撮影した画像群において手ブレの一番少ない画像を選択し、その画像に被写体の像ブレが発生しておらず、手ブレが十分小さい場合に、その画像を選択する（ステップＡ１１）。通常の露光時間で撮影した画像群において手ブレの一番少ない画像を選択し、選択した画像に被写体の像ブレが発生している場合には、被写体ブレ抑制用の画像を選択する（ステップＡ９）。さらに、上記選択した画像に手ブレが発生している場合は、マルチプレーン加算用に撮影した画像群をマルチプレーン加算した新たな画像を生成する（ステップＡ１２）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第１の画像群と第２の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第２の画像群とを取得する撮像手段と、
前記撮像手段による第１の画像群の取得中に手ブレが生じたか否かを判定する手ブレ判定手段と、
前記撮像手段による第１の画像群の取得中に被写体の像ブレが生じたか否かを判定する像ブレ判定手段と、
前記第１の画像群から得られる画像又は前記第２の画像群から得られる画像のいずれかを選択する選択手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記選択手段は、前記像ブレ判定手段によって像ブレが生じていないと判定され、前記手ブレ判定手段によって手ブレが生じていると判定された場合に、前記第２の画像群から得られる画像を選択することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２の画像群の画像を合成して新たな画像を生成する画像処理手段を備え、
前記第２の画像群から得られる画像は、前記新たな画像であることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記選択手段は、前記像ブレ判定手段によって像ブレが生じていないと判定され、前記手ブレ判定手段によって手ブレが生じていないと判定された場合に、前記第１の画像群から得られる画像を選択することを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の画像群のうち時間的に隣接する画像間において射影変換行列を求めて、射影変換行列から動きベクトルの大きさを算出する算出手段を備え、
前記像ブレ判定手段は、前記算出手段によって算出された各画像の動きベクトルの大きさが最小の画像について、像ブレが生じたか否かを判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の撮像装置。
【請求項６】
前記手ブレ判定手段は、前記動きベクトルの大きさが最小の画像について、動きベクトルの大きさが所定の閾値を超えたか否かによって、手ブレが生じたか否かを判定することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、第１の画像群を撮影したときの感度及び第２の画像群を撮影したときの感度の何れよりも高い感度で被写体を撮影した第３の画像を取得し、
前記選択手段は、前記第１の画像群から得られる画像、前記第２の画像群から得られる画像、前記第３の画像のいずれかを選択するものであって、前記像ブレ判定手段によって像ブレが生じていると判定された場合に、前記第３の画像を選択することを特徴とする請求項１から６のいずれか記載の撮像装置。
【請求項８】
第１の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第１の画像群と第２の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第２の画像群とを取得する工程と、
第１の画像群の取得中に手ブレが生じたか否かを判定する工程と、
第１の画像群の取得中に被写体の像ブレが生じたか否かを判定する工程と、
前記第１の画像群から得られる画像又は前記第２の画像群から得られる画像のいずれかを選択する工程と、
を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項９】
撮像装置が有するコンピュータに、
第１の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第１の画像群と第２の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第２の画像群とを取得する工程と、
第１の画像群の取得中に手ブレが生じたか否かを判定する工程と、
第１の画像群の取得中に被写体の像ブレが生じたか否かを判定する工程と、
前記第１の画像群から得られる画像又は前記第２の画像群から得られる画像のいずれかを選択する工程と、
を実行させることを特徴とする撮像プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデジタルカメラ等の撮像装置に係り、被写体を撮影して静止画で記録する撮像装置、撮像方法及び撮像プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、デジタルカメラの手ブレを補正する方法として、連続する複数枚の画像を撮影し各画像の対応する画素同士を加算する電子式手振れ補正が知られている。例えば、全画素６０フレーム／秒で連写した数枚の画像を加算処理するマルチプレーン加算方式を採用すると、一枚の画像よりも数倍Ｓ／Ｎ比の良い画像を得ることができる。
【０００３】
かかるマルチプレーン加算方式による電子式手振れ補正に関しては、ブレ補正を行う必要がある条件下で撮影を行った場合には有効なブレ補正となる反面、ブレ補正を行う必要がない条件下で撮影を行った場合もブレ補正が行われるために無用な画質低下を招くという課題があった。この課題を解決するためブレ補正を行う必要がある条件を満たしている場合にのみブレ補正を行うための処理をする方式がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９２００５号公報（明細書［００３２］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マルチプレーン加算処理をするか否かは、例えば、撮影する環境が少し暗めであるかなど、手ブレしやすい環境にあるか否かを撮影前（シャッターボタンの半押し時等）にデジタルカメラが判断して決定しているところ、決定時の状況と実際に撮影される時の状況は必ずしも一致せず、期待した手ブレ補正の結果が得られない場合があった。
【０００６】
本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、速やかに状況が変化する場合であっても、手ブレの無い高画質な画像を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため請求項１記載の発明に係る撮像装置にあっては、第１の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第１の画像群と第２の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第２の画像群とを取得する撮像手段と、前記撮像手段による第１の画像群の取得中に手ブレが生じたか否かを判定する手ブレ判定手段と、前記撮像手段による第１の画像群の取得中に被写体の像ブレが生じたか否かを判定する像ブレ判定手段と、前記第１の画像群から得られる画像又は前記第２の画像群から得られる画像のいずれかを選択する選択手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の発明に係る撮像装置にあっては、前記選択手段は、前記像ブレ判定手段によって像ブレが生じていないと判定され、前記手ブレ判定手段によって手ブレが生じていると判定された場合に、前記第２の画像群から得られる画像を選択することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３記載の発明に係る撮像装置にあっては、前記第２の画像群の画像を合成して新たな画像を生成する画像処理手段を備え、前記第２の画像群から得られる画像は、前記新たな画像であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の発明に係る撮像装置にあっては、前記選択手段は、前記像ブレ判定手段によって像ブレが生じていないと判定され、前記手ブレ判定手段によって手ブレが生じていないと判定された場合に、前記第１の画像群から得られる画像を選択することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５記載の発明に係る撮像装置にあっては、前記第１の画像群のうち時間的に隣接する画像間において射影変換行列を求めて、射影変換行列から動きベクトルの大きさを算出する算出手段を備え、前記像ブレ判定手段は、前記算出手段によって算出された各画像の動きベクトルの大きさが最小の画像について、像ブレが生じたか否かを判定することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６記載の発明に係る撮像装置にあっては、前記手ブレ判定手段は、前記動きベクトルの大きさが最小の画像について、動きベクトルの大きさが所定の閾値を超えたか否かによって、手ブレが生じたか否かを判定することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７記載の発明に係る撮像装置にあっては、前記撮像手段は、第１の画像群を撮影したときの感度及び第２の画像群を撮影したときの感度の何れよりも高い感度で被写体を撮影した第３の画像を取得し、前記選択手段は、前記第１の画像群から得られる画像、前記第２の画像群から得られる画像、前記第３の画像のいずれかを選択するものであって、前記像ブレ判定手段によって像ブレが生じていると判定された場合に、前記第３の画像を選択することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８記載の撮像方法にあっては、第１の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第１の画像群と第２の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第２の画像群とを取得する工程と、第１の画像群の取得中に手ブレが生じたか否かを判定する工程と、第１の画像群の取得中に被写体の像ブレが生じたか否かを判定する工程と、前記第１の画像群から得られる画像又は前記第２の画像群から得られる画像のいずれかを選択する工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項９記載の撮像プログラムにあっては、撮像装置が有するコンピュータに、第１の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第１の画像群と第２の露光時間で被写体を撮影した時間的に連続する第２の画像群とを取得する工程と、第１の画像群の取得中に手ブレが生じたか否かを判定する工程と、第１の画像群の取得中に被写体の像ブレが生じたか否かを判定する工程と、前記第１の画像群から得られる画像又は前記第２の画像群から得られる画像のいずれかを選択する工程と、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画像取得後に撮影された画像自体を解析して手ブレや像ブレが生じているか否かを判断しているので、撮影前に手ブレや像ブレの補正が必要か否かを判断するような時間的乖離による状況誤認がない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態の撮像装置であるデジタルカメラの電気的構成を示したブロック図である。
【図２】記録モードが設定されているときのＣＰＵコアの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は基準画像に設定するウインドウを示す図、（ｂ）はウインドウ内を区分したブロックを示す図である。
【図４】各フレームの射影変換行列と動きベクトルの算出を説明するための図である。
【図５】平行移動成分を表す動きベクトルの大きさの算出の詳細を説明するための図である。
【図６】出力する画像を選択する処理を説明するための図である。
【図７】マルチプレーン加算合成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１８】
３  ＣＭＯＳ撮像素子
５  ＤＲＡＭ
８  液晶表示画面
７ａ  ＣＰＵ
７ｂ  シャッタ制御部
７ｃ  受光制御部
７ｄ  デモザイク部
７ｅ  特徴量演算部
７ｆ  ＳＲＡＭ
７ｇ  ブロックマッチング部
７ｈ  画像変形合成加算部
１１  外部記憶媒体
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態の撮像装置であるデジタルカメラの電気的構成を示したブロック図である。このデジタルカメラは、基本となる動作モードとして撮影を行うための記録モードと、撮影した画像を再生するための再生モードと、を有する。
【００２０】
図１に示すように本実施の形態のデジタルカメラは、撮影レンズ１と、撮影レンズ１により収束された撮影光をシャッタ２を介して受光するとともに、受光面に結像された被写体の光学像を光電変換し画像信号として出力する撮像素子であるＣＭＯＳ撮像素子３、ＣＭＯＳ撮像素子３の出力信号をデジタルの画像データへ変換するＡ／Ｄ変換器４、変換後の画像データを逐次記憶するＤＲＡＭ５を備えている。なお、ＤＲＡＭ５には、複数枚の画像データが格納される。
【００２１】
シャッタ２の動作は、ＣＰＵコア７ａの命令に従いシャッタ制御部７ｂにより制御され、ＣＭＯＳ撮像素子３及びＡ／Ｄ変換器４の動作はＣＰＵコア７ａの命令に従い受光制御部７ｃにより制御される。ＤＲＡＭ５に格納された１枚分の画像データ、すなわちＲＡＷデータはデモザイク部７ｄにより画素毎に色情報を補間されてＹＵＶデータに変換された後、液晶表示コントローラ６を介して液晶表示画面８に表示される。なお、変換されたＹＵＶデータもＤＲＡＭ５に一時的に記憶される。
【００２２】
記録モードでの撮影時にデモザイク部７ｄによりＹＵＶデータに変換された画像データは、ＣＰＵコア７ａによってＪＰＥＧ等の所定の圧縮方式に従い圧縮された後、外部記憶媒体１１に静止画ファイル又は動画ファイルとして記録される。外部記憶媒体１１に記録された画像データは、再生モードにおいては、必要に応じてＣＰＵコア７ａに読み出されて伸張された後、液晶表示コントローラ６を介して液晶表示画面８において表示される。なお、外部記憶媒体１１は、例えばカメラ本体に着脱自在なメモリカードや、カメラ本体に内蔵されたフラッシュメモリ等により構成される。
【００２３】
また、ＣＰＵコア７ａには、特徴量演算部７ｅ、ＳＲＡＭ７ｆ、ブロックマッチング部７ｇ、画像変形合成加算部７ｈの他、シャッタボタン９、モードボタン１０が接続されている。なお、ＣＰＵコア７ａ内のメモリには、ＣＰＵコア７ａの動作に必要な種々のプログラム及びプログラムの実行に際して使用される各種のデータが記憶されているが、これらはＣＰＵコア７ａとは別のメモリに記憶されていてもよい。
【００２４】
ＣＰＵコア７ａは、プログラムに従いシャッタボタン９の押下操作に応じてデジタルカメラの各部の動作を制御する、本発明の撮像手段、手ブレ判定手段、像ブレ判定手段、選択手段として機能する。
【００２５】
ブロックマッチング部７ｇは、ＳＲＡＭ７ｆを作業メモリとして使用し、ＣＭＯＳ撮像素子３により撮像された複数枚の画像同士でマッチングを行い、被写体部分の相対的なずれ量及びずれ方向を示す動きベクトルを取得してＣＰＵコア７ａに出力する、本発明の算出手段として機能する。
【００２６】
画像変形合成加算部７ｈは、ＣＰＵコア７ａの指示に応じ、ＣＭＯＳ撮像素子３により撮像された複数枚の画像を位置合わせして合成する本発明の画像処理手段として機能する。
【００２７】
次に、以上の構成からなるデジタルカメラにおいて、記録モードが設定されているときの動作について説明する。図２は、記録モードが設定されているときのＣＰＵコア７ａの処理手順を示すフローチャートである。
【００２８】
まず、デジタルカメラのモードボタン１０をユーザが操作することによって、デジタル手振れ補正モードが設定される（ステップＡ１）。これにより、デジタルカメラは自動的に手振れ補正を実行する。
【００２９】
次に、デジタルカメラのシャッタボタン９をユーザが１回押下すると、それを検出したＣＰＵコア７ａは、第１の画像群、第２の画像群及び第３の画像からなる９枚の連写撮影を実施する（ステップＡ２）。具体的には、ＣＭＯＳ撮像素子３によって時間的に連続する９枚の画像を取得する。９枚の画像のうち、第３の画像である最初の１枚の画像（第３の画像）は、被写体ブレや暗い場所での撮影に対応可能な高い撮影感度、例えば、ＩＳＯ１６００相当の撮影感度で第３の露光時間にて被写体ブレ抑制用撮影を行い、第１の画像群である次の４枚の画像は、通常の露光時間（第１の露光時間）にて撮影を行い、第２の画像群である最後の４枚の画像は、通常の露光時間よりもシャッタ時間を２段短くした時間（第２の露光時間）にて撮影を行って取得される。撮影時には、ＣＭＯＳ撮像素子３がシフト動作する光学手振れ補正も同時に行う。
【００３０】
ＣＰＵコア７ａは、ＣＭＯＳ撮像素子３によって時間的に連続する９枚の画像について、各々のＲＡＷデータを取得し、ＤＲＡＭ５に記録する（ステップＡ３）。また、各々のＲＡＷデータをデモザイク部７ｄによってＹＵＶデータ及び輝度成分のみからなる輝度画像データに変換し、変換後の画像データをＤＲＡＭ５に記憶する（ステップＡ３）。ここで、ＹＵＶデータは合成用の画像データであり、輝度画像データは、複数枚の画像（ＹＵＶデータ）の合成時における位置合わせ作業に十分なサイズの縮小画像データである。
【００３１】
次に、変換後の輝度画像データのうち１枚目の画像を基準画像とし、その基準画像に、予め決められている所定サイズのウインドウを撮影フレーム内の中央部分に設定するとともに、ウインドウ内を縦１６画素×横１６画素を単位とした複数ブロックに分割して、隣接する画像間でブロックマッチングを行う（ステップＡ４）。具体的には、図３に示すように、基準画像１０１に設定したウインドウ１０２（画像中心の（１／２）＊（１／２）の領域）を複数（４＊４＝１６）のブロック１０３に分割する。
【００３２】
このようにして得られたブロック１０３について、ブロックマッチング部７ｇにおいて、被写体部分のみを追跡対象とするブロックマッチングを行う。ＣＰＵコア７ａは、ブロックマッチングにより取得した各々のブロックの動きベクトルデータのうちで、所定の距離以下のずれ量を示す特定の動きベクトルを用いて、隣接画像の位置関係を表す射影変換行列を生成する（ステップＡ５）。つまり、本来は得られないような（明らかに誤って取得された）動きベクトルを排除した正しい動きベクトルのみに基づき射影変換行列を求める。なお、本実施の形態において射影変換行列はＲＡＮＳＡＣ法により生成する。ＲＡＮＳＡＣ法は、ランダムに選択したサンプルを元に生成した仮説を全データで検証することを繰り返すことによるモデル推定アルゴリズムに従う。この場合、ランダムに位置の組を選択し、その選択した位置の組に対応する射影変換行列の候補を算出し、その式に従って、全ての位置の座標を射影変換したときに、結果がどれだけ一致するかを評価する。こうした計算と評価を繰り返し、最もよい評価値を得た時の射影変換行列を採用する。この手法に従って、図４に示すように、フレーム２を基準画像としてフレーム３との位置関係を表す射影変換行列２を求める。
【００３３】
引き続き、輝度画像データを順に変更しながら上述したステップＳ４及びＳ５の処理を繰り返し、時間的に連続する５枚目までの画像について射影変換行列を生成する（ステップＳ６）。具体的には、フレーム３を基準画像としてフレーム４との位置関係を表す射影変換行列３を求め、フレーム４を基準画像としてフレーム５との位置関係を表す射影変換行列４を求め、フレーム５を基準画像としてフレーム６との位置関係を表す射影変換行列５を求める。
【００３４】
フレーム５までの画像（輝度画像データ）について前述した射影変換行列が生成できたら、つまり、２枚目から５枚目までの画像間における被写体の位置関係が把握できたら（ステップＡ５でＹＥＳ）、ステップＡ６で取得した射影変換行列から、各々の隣接フレーム間における平行移動成分を算出する（ステップＡ７）。平行移動成分（動きベクトルの大きさ）の算出は図５に示すとおり、（ｓ2＋ｔ2）1/2によって求めることができる。
【００３５】
ステップＡ７で算出された平行移動成分の大きさが最小の画像について、被写体の像ブレが発生しているか否かを判断する（ステップＡ８）。被写体の像ブレは、全てのブロック１０３について、隣接フレームの同一位置のブロックと差分二乗和をとり、その値が１ブロックでも所定の閾値より大きければ、像ブレが発生していると判断する。
【００３６】
ステップＡ８において、被写体の像ブレが発生していると判断した場合は、図６に示すように、１枚目の画像である被写体ブレ抑制用の画像（フレーム1）を選択して（ステップＡ９）、当該画像を外部記憶媒体１１に保存する。
【００３７】
一方、ステップＡ８において、被写体の像ブレが発生していないと判断した場合は、平行移動成分の大きさが最小の画像について、平行移動成分の大きさが所定値（例えば、２画素）以下であるかどうかを判断して、手ブレが発生しているか否かを判断する。（ステップＡ１０）。なお、本実施の形態では、所定値を２画素として説明するが、本発明はこれに限定されない。実装に応じて最適な値を所定値として設定することができる。
【００３８】
ステップＡ１０において平行移動成分の大きさが２画素以下である場合は、手ブレが十分に小さいと判断して、図６に示すように、当該平行移動成分の大きさが最小の画像を選択して（ステップＡ１１）、当該画像を外部記憶媒体１１に保存する。
【００３９】
一方、ステップＡ１０において平行移動成分の大きさが２画素以下でない場合は、図６に示すように、画像変形合成加算部７ｈは、第２の露光時間で撮影した６枚目から９枚目までの画像をマルチプレーン加算により合成して新たな画像を生成し（ステップＡ１２）、当該新たな画像を外部記憶媒体１１に保存する。
【００４０】
画像変形合成加算部７ｈは、６枚目から９枚目までの画像についてＢａｙｅｒ配列データでマルチプレーン加算合成処理を行うことにより、増感効果を高めた高感度処理を行うことができる。具体的には、図７に示すように、各画像のＢａｙｅｒ配列データのうち、輝度成分や解像感をよく反映するＧ（緑）画像の相関度を求めて位置合せ合成を行い、またＢａｙｅｒ配列データでは欠けている縦、横、斜め画素の補間処理を行いフル画素のＧデータを生成する。Ｒ（赤）、Ｂ（青）データは、Ｇ（緑）データの位置合せ結果に準じて位置合せとカラー補間処理を行い、フルサイズのＲＧＢデータに変換する。位置合せ処理では、さらに、回転方向も検出して、アフィン変換などにより座標回転変換して位置合せし、回転位置に応じて補間処理を行うようにしてもよい。あるいは、中央や前景の主な被写体の領域画像を抽出して、被写体や背景の輪郭形状や特徴量が重なる位置に移動して位置合せしてから加算するようにしてもよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態では、被写体ブレ抑制用の第３の露光時間で撮影した画像を１枚、通常の１枚撮影の露光時間（第１の露光時間）で撮影した画像を複数枚、シャッタ時間を短くしたマルチプレーン加算用の第２の露光時間で撮影した画像を複数枚、連写撮影し、時間的に連続する画像において隣接画像間の位置関係を表す射影変換行列を全ての隣接画像間において求めて、通常の露光時間で撮影した第１の画像群において手ブレの一番少ない画像を選択し、その画像に被写体の像ブレが発生しておらず、手ブレが十分小さい場合に、その画像を選択するので、撮影状況に応じてブレの少ない最適な画像を選択して出力することができる。また、通常の露光時間で撮影した第１の画像群において手ブレの一番少ない画像を選択し、その選択した画像に被写体の像ブレが発生している場合には、被写体ブレ抑制用の画像を選択するので、撮影状況に応じてブレの少ない最適な画像を選択して出力することができる。さらに、上記で選択した画像に手ブレが発生している場合は、マルチプレーン加算用に撮影した第２の画像群をマルチプレーン加算した新たな画像を生成するので、撮影状況に応じてブレの少ない最適な画像を出力することができる。
【００４２】
本実施の形態においては、撮影された画像自体で画像のブレの有無を判断しているので、シャッタボタンの半押し時にブレを判定するような時間的乖離による状況誤認がない。また、通常の露光時間で撮影した連写画像の中からブレの少ない程度の良いものがあるかどうかも判断するので、ブレが十分に少ない画像を選択して出力することができる。また、マルチプレーン加算が必要のない状況で不必要なマルチプレーン加算をして、被写体の像ブレを強調するだけの画像生成を回避することができる。
【００４３】
また、画像連写時にＣＭＯＳ撮像素子を移動させることにより光学手振れ補正をジャイロセンサーにより行っている場合などは、画像撮影時にジャイロセンサー値の大小は、必ずしもその画像の手ブレの大小を反映している訳ではないことから、ジャイロセンサーによる手ブレ判定は不正確になるが、本実施の形態においては、光学手ブレ補正後の撮像画像より位置関係を求めているので、正確にブレの発生を知ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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