(57)【要約】【課題】デジタルカメラのストロボ撮影時に精度よく画像信号の光量過大を補正し、主要被写体が適正な明るさの画像を得ることを目的とする。【解決手段】撮像素子と、ストロボ発光装置と、前記ストロボ発光装置を制御するストロボ制御手段とを備える。ストロボ発光装置の発光を伴う撮影時に得られた画像信号の明るさを示す評価値Ｅを算出し（Ｓ４１２）、評価値Ｅと適正な明るさを示す所定の基準値とを比較する（Ｓ４１４）。評価値が前記所定の基準値を上回る場合に、前記評価値が前記所定の基準値に合うようにするための画像信号の増幅率を決定し、可変する（Ｓ４１６）。【選択図】図４
2006262170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
撮影時に被写体に補助光を与えるためのストロボ発光装置と、
前記ストロボ発光装置を制御するストロボ制御手段と、
前記ストロボ発光装置の発光を伴う撮影時に前記撮像素子より得られた画像信号の明るさを示す評価値と適正な明るさを示す所定の基準値とを比較する比較手段と、
前記評価値が前記所定の基準値を上回る場合に、前記評価値が前記所定の基準値に合うようにするための画像信号の増幅率を決定する決定手段と、
前記決定した増幅率に従って前記画像信号の増幅率を可変する増幅率可変手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記比較手段は、前記画像信号に基づく撮影画面を複数のブロックに分割し、ブロック毎の明るさを示す数値を積算した積算値に基づいて評価値を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記比較手段は、前記ブロック毎に前記撮影画面の中央部ほど大きい重み付け係数を設定し、前記撮影画面の端部ほど小さい重み付け係数を設定し、前記ブロック毎の積算値に前記ブロック毎に設定した重み付け係数を乗算した値の総和を、前記重み付け係数の総和で乗算して得られる評価値を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
画像信号が入力されるステップと、
入力された画像信号の明るさを示す評価値と適正な明るさを示す所定の基準値とを比較するステップと、
前記評価値が前記所定の基準値を上回る場合に、前記評価値が前記所定の基準値に合うようにするための画像信号の増幅率を決定するステップと、
前記決定した増幅率に従って前記画像信号の増幅率を可変するステップと、
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及び画像処理プログラムに係り、特にデジタルカメラなど固体撮像素子を用いて画像を撮像する場合にストロボ発光時に撮像された画像の良否を判断して自動的に補正を加える画像処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ストロボのＧＮ（ガイドナンバー）が足りない、または被写体の反射率が悪く光量不足になる場合に、信号処理によって画像データを補正することが行なわれている。特許文献１には、撮影画面の明るさを示す数値を求め、それらの数値を評価値と比較し、光量不足と判定された場合には、その評価値に応じてゲイン調整回路のゲインを決定し、メモリ内の画像信号を増幅する技術が開示されている。これにより、ストロボの光量不足を補い、適正な露出の画像を提供することができる。
【特許文献１】特開２００１−１６９１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
デジタルカメラのストロボ制御では、ストロボを発光し、被写体から戻ってきた光を調光センサで検出し、その検出した光を積分した値に基づいてストロボの発光を停止させることが行なわれている。
【０００４】
しかし、調光センサにより光を検出するタイミングは、ストロボの発光タイミングに比べて図６に示すように５μ秒程度遅れる。そのため、調光センサの光量に基づいてストロボを制御すると、ストロボを停止するタイミングが遅れ、露出オーバ（光量過大）となることがある。
【０００５】
また、調光センサを用いずＣＣＤ調光（プリ発光）させてストロボの光量を測定する場合にも、ＣＣＤ調光の精度によっては光量が過大又は過少になることがある。
【０００６】
特に、最近の撮像装置のようにＣＣＤの感度が高い場合や、被写体が白っぽく反射率が高い場合、被写体の距離が近い場合には、ストロボの光量が過大になるという問題が顕著になってきた。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、デジタルカメラのストロボ撮影時に精度よく画像信号の光量過大を補正し、主要被写体が適正な明るさの画像を得ることができる撮像装置及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係る撮像装置は、撮像素子と、撮影時に被写体に補助光を与えるためのストロボ発光装置と、前記ストロボ発光装置を制御するストロボ制御手段と、前記ストロボ発光装置の発光を伴う撮影時に前記撮像素子より得られた画像信号の明るさを示す評価値と適正な明るさを示す所定の基準値とを比較する比較手段と、前記評価値が前記所定の基準値を上回る場合に、前記評価値が前記所定の基準値に合うようにするための画像信号の増幅率を決定する決定手段と、前記決定した増幅率に従って前記画像信号の増幅率を可変する増幅率可変手段と、を備える。
【０００９】
これにより、ストロボ撮影時に取得した画像信号から、当該撮影画像の光量の適否を評価する。なんらかの理由でストロボ光が過剰に照射された場合など、撮影シーンに対してストロボ光量が不適切であると、光量過大の画像と判断されることになる。かかる場合、前記取得された画像信号を増幅するが、その増幅率は前記評価結果に応じて可変制御される。これにより、ストロボ撮影時の光量過大を精度よく補正し、適正な明るさの画像を得ることができる。
【００１０】
また、前記比較手段は、前記画像信号に基づく撮影画面を複数のブロックに分割し、ブロック毎の明るさを示す数値を積算した積算値に基づいて評価値を算出してもよい。
【００１１】
さらに、前記比較手段は、前記ブロック毎に前記撮影画面の中央部ほど大きい重み付け係数を設定し、前記撮影画面の端部ほど小さい重み付け係数を設定し、前記ブロック毎の積算値に前記ブロック毎に設定した重み付け係数を乗算した値の総和を、前記重み付け係数の総和で乗算して得られる評価値を算出してもよい。
【００１２】
被写体は撮影画面の中央部に位置することが多いため、中央部の重み付けを大きくすることにより、被写体の評価値に応じて光量過大の有無を判定することができる。
【００１３】
また、本発明に係る画像処理プログラムは、画像信号が入力されるステップと、入力された画像信号の明るさを示す評価値と適正な明るさを示す所定の基準値とを比較するステップと、前記評価値が前記所定の基準値を上回る場合に、前記評価値が前記所定の基準値に合うようにするための画像信号の増幅率を決定するステップと、前記決定した増幅率に従って前記画像信号の増幅率を可変するステップと、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明に係る撮像装置及び画像処理プログラムによれば、ストロボ撮影時に取得した画像信号から、当該撮影画像の光量の適否を評価し、光量過大である場合には、前記比較結果に応じて増幅率を決定し、その決定した増幅率で前記取得された画像信号を減少するようにしたので、ストロボ撮影時の光量過大を精度よく補正し、主要被写体が適正な明るさの画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面に従って本発明に係る撮像装置及び画像処理プログラムの好ましい実施の形態について詳説する。
【００１６】
＜第一実施形態＞
図１は本発明の実施の形態に係るデジタルカメラ１０のブロック図である。このデジタルカメラ１０の撮影光学系１２は撮影レンズ１４及び絞り１６を含む。撮影レンズ１４は１枚又は複数枚のレンズで構成され、単一の焦点距離（固定焦点）のレンズでも良いし、ズームレンズや望遠／広角の二焦点切替式レンズの如く焦点距離可変のものでもよい。
【００１７】
撮影光学系１２を介してＣＣＤ１８の受光面に結像された被写体像は、各センサで入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。このようにして蓄積された信号電荷は、ＣＣＤ駆動回路２０から加えられるＣＣＤ駆動パルスによって読み出され、信号電荷に応じた電圧信号（アナログ画像信号）として順次ＣＣＤ１８から出力される。
【００１８】
ＣＣＤ１８には、シャッターゲートを介してシャッタードレインが設けられており、シャッターゲートをシャッターゲートパルスによって駆動することにより、蓄積した信号電荷をシャッタードレインに掃き出すことができる。すなわち、ＣＣＤ１８は、シャッターゲートパルスによって各センサに蓄積される電荷の蓄積時間（シャッタースピード）を制御する、いわゆる電子シャッター機能を有している。
【００１９】
ＣＣＤ１８から読み出された信号は、ＣＤＳ回路２２において相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理されるとともに、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色信号に色分離処理され、各色信号の信号レベルの調整（プリホワイトバランス処理）が行われる。
【００２０】
これら所定のアナログ信号処理を経た画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２４に加えられ、該Ａ／Ｄ変換器２４によりＲ，Ｇ，Ｂのデジタル信号に変換された後、メモリ２６に格納される。
【００２１】
タイミング信号発生回路（ＴＧ）２８は、ＣＰＵ３０からのコマンドに応じてＣＣＤ駆動回路２０、ＣＤＳ回路２２及びＡ／Ｄ変換器２４に対して適宜のタイミング信号を与えており、各回路はタイミング信号発生回路２８から加えられるタイミング信号により同期して駆動されるようになっている。
【００２２】
ＣＰＵ３０は、デジタルカメラ１０の各回路を統括制御する制御部（制御手段）であり、バス３２を介してゲイン調整回路３４、ガンマ補正回路３６、輝度・色差信号処理回路（ＹＣ処理回路という。）３８、圧縮伸張回路４０、メモリカード４２のカードインターフェース（Ｉ／Ｆ）４４、及び表示部４６を駆動する表示用ドライバー４８等と接続されている。
【００２３】
ＣＰＵ３０は操作部５０からの入力信号に基づいて対応する回路ブロックを制御するとともに、撮影レンズ１４のズーミング動作や自動焦点調節（ＡＦ）動作の制御、並びに自動露出調節（ＡＥ）の制御等を行う。
【００２４】
操作部５０には、画像の記録開始の指示を与えるレリーズボタン、カメラのモード選択手段、ズーム操作手段その他の各種の入力手段が含まれる。これら入力手段は、スイッチボタン、ダイヤル、スライド式ツマミなど種々の形態があり、タッチパネルや液晶モニタ表示部の画面上において設定メニューや選択項目を表示してカーソルで所望の項目を選択する態様もある。操作部５０はカメラ本体に配設されていてもよいし、リモコン送信機としてカメラ本体と分離した構成にすることも可能である。
【００２５】
ＣＰＵ３０はＣＣＤ１８から出力される画像信号に基づいて、焦点評価演算やＡＥ演算などの各種演算を行い、その演算に基づいて、撮影レンズ１４及び絞り１６の駆動手段（例えば、ＡＦモータやアイリスモータ等）５２を制御してフォーカスレンズを合焦位置に移動させるとともに、絞り１６を適正絞り値に設定する。
【００２６】
例えば、ＡＦ制御には、Ｇ信号の高周波成分が最大になるようにフォーカスレンズを移動させるコントラストＡＦ方式が採用される。ＡＥ制御には、１フレームのＲ、Ｇ、Ｂ信号を積算した積算値に基づいて被写体輝度（撮影ＥＶ）を求め、この撮影ＥＶに基づいて絞り値とシャッタースピードを決定し、駆動手段５２を介して絞り１６を駆動するとともに、決定したシャッタースピードとなるように電子シャッターによってＣＣＤ１８の電荷の蓄積時間を制御する。したがって、カメラ１０の撮影レンズ１４を被写体に向けるだけで、最適な露出調整が行われるとともに、ピント合わせが自動的に行われる。
【００２７】
撮影記録時においては、レリーズボタンの「半押し」時に上述した測光動作を複数回繰り返して正確な撮影ＥＶを求め、この撮影ＥＶに基づいて撮影時の絞り値とシャッタースピードを最終的に決定する。そして、レリーズボタンの「全押し」時に前記最終的に決定した絞り値になるように絞り１６を駆動し、また、決定したシャッタースピードとなるように電子シャッターによって電荷の蓄積時間を制御する。なお、ＡＥ、ＡＦはＣＣＤ１８から取得される画像信号に基づいて制御する方法の他、周知の測光センサやＡＦ投光／受光センサからなる測距センサ等を用いてもよい。
【００２８】
また、このカメラ１０はストロボ発光装置５４と、調光用の調光センサ５６を有し、操作部５０に含まれるストロボモード設定ボタンの操作に応じて、低輝度時にストロボ発光装置５４を自動的に発光させる「低輝度自動発光モード」、被写体輝度にかかわらずストロボ発光装置５４を発光させる「強制発光モード」、又はストロボ発光装置５４の発光を禁止させる「発光禁止モード」等に設定される。
【００２９】
ＣＰＵ３０はユーザーが選択したストロボモードに応じて、ストロボ発光装置５４のメインコンデンサの充電制御や、発光管（例えば、キセノン管）への放電（発光）タイミングを制御するとともに、調光センサ５６からの測定結果に基づいて発光停止の制御を行う。調光センサ５６はストロボの発光によって照らされる被写体からの反射光を受光し、受光量に応じた電気信号に変換する。調光センサ５６の信号は図示せぬ積分回路により積算され、積算受光量が所定の適正受光量に達した時にストロボの発光が停止される。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換器２４から出力されたデータは前記メモリ２６に格納されるとともに、積算回路６０に加えられる。積算回路６０は、撮影画面を複数のブロック（例えば、８×８の６４個のブロック）に分割し、ブロック毎に受入したＧ信号の積算演算を行う。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂのデータから輝度信号（Ｙ信号）を生成して、輝度信号の積算演算を行ってもよい。また、積算回路６０はＡＥ演算回路で兼用することもできる。積算回路６０で得られた積算値の情報（演算結果）はＣＰＵ３０に入力される。  
【００３１】
ＣＰＵ３０は積算回路６０から受入する情報に基づき、後述のアルゴリズムに従って撮影画面の評価値Ｅを算出し、求めた評価値Ｅを用いてゲイン調整回路３４におけるゲイン値（増幅率）を決定する。ＣＰＵ３０は決定したゲイン値に従ってゲイン調整回路３４におけるゲイン量を制御する。
【００３２】
メモリ２６に記憶されたＲ、Ｇ、Ｂの画像データはゲイン調整回路３４に送られ、ここで増幅処理される。増幅処理された画像データは、ガンマ補正回路３６において、ガンマ補正処理が施された後、ＹＣ処理回路３８へ送られ、ＲＧＢデータから輝度信号（Ｙ信号）及び色差信号（Ｃr,Ｃb 信号）に変換される。
【００３３】
ＹＣ処理回路３８において生成された輝度・色差信号（ＹＣ信号と略記する）
は、メモリ２６に書き戻される。メモリ２６に記憶されたＹＣ信号は表示用ドライバー４８に供給され、所定方式の信号（例えば、ＮＴＳＣ方式のカラー複合映像信号）に変換されて表示部４６に出力される。表示部４６には液晶ディスプレイその他のカラー表示可能な表示装置が用いられる。なお、表示部４６はＹＣ信号入力対応のタイプのものを適用してもよいし、ＲＧＢ信号入力タイプのものを適用してもよく、表示装置に対応したドライバーが適用される。
【００３４】
ＣＣＤ１８から出力される画像信号によって画像データが定期的に書き換えられ、その画像データから生成される映像信号が表示部４６に供給されることにより、ＣＣＤ１８が捉える画像がリアルタイムに動画像（ライブ画像）として、又はリアルタイムではないが、ほぼ連続した画像として表示部４６に表示される。
【００３５】
表示部４６は電子ビューファインダーとして利用でき、撮影者は表示部４６の表示画像又は図示せぬ光学ファインダーによって撮影画角を確認することができる。レリーズボタンの押下操作など所定の記録指示（撮影開始指示）操作に呼応して、記録用の画像データの取り込みが開始される。
【００３６】
撮影者が操作部５０から撮影記録の指示を入力すると、ＣＰＵ３０は必要に応じて圧縮伸張回路４０にコマンドを送り、これにより圧縮伸張回路４０はメモリ２６上のＹＣデータをＪＰＥＧその他の所定の形式に従って圧縮する。圧縮された画像データはカードＩ／Ｆ４４を介してメモリカード４２に記録さ
れる。
【００３７】
非圧縮の画像データを記録するモード（非圧縮モード）が選択されている場合には、前記圧縮伸張回路４０による圧縮処理を実施せずに、非圧縮のまま画像データがメモリカード４２に記録される。
【００３８】
本実施形態に係るデジタルカメラ１０は、画像データを保存する手段としてメモリカード４２が用いられている。具体的には、例えばスマートメディア（Solid-State Floppy Disk Card）が適用される。記録メディアの形態は上記のものに限らず、ＰＣカード、マイクロドライブ、マルチメディアカード（ＭＭＣ）、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、メモリスティックなど種々の形態が可能であり、使用される媒体に応じた信号処理手段とインターフェースが適用される。
【００３９】
また、再生モード時にはメモリカード４２から読み出された画像データが圧縮伸張回路４０によって伸張処理され、ドライバー４８を介して表示部４６に出力される。
【００４０】
次に、上記の如く構成されたデジタルカメラにおける画像補正のアルゴリズムを説明する。
【００４１】
図２に示したように、積算回路６０において撮影画面は８×８のブロックに分割される。そして、各ブロックＢi （i ＝0,1,2 …,63)毎に、画像信号におけるＧ（緑）信号の積算値Ｓi が算出される。また、図３に示すように、各ブロックにはそれぞれ重み係数Ｗi （i ＝0,1,2 …,63)が定められている。重み係数Ｗiは画面中央部分が相対的に大きい値に定められており、中心から遠ざかるにつれて小さい値に設定されている。
【００４２】
主要な被写体は画面の中央付近に配置される場合が多いため、図３に示すような重み係数の分布に設定しておくことで、画面中央部分の被写体の状態を十分に反映させた評価が可能となる。
【００４３】
次に、図４に従って本実施形態にかかる画像補正処理の流れを説明する。図４は、画像補正のアルゴリズムのフローチャートである。ストロボ撮影によって撮影画像が取り込まれ、その撮影画像に対しホワイトバランス補正処理及びγ補正処理が行なわれると、図４に示す画像補正処理がスタートする。
【００４４】
Ｓ４１０では、ＣＰＵ３０は、積算回路６０から受入する情報に基づいて各ブロックＢi の積算値Ｓi を算出する。
【００４５】
Ｓ４１２では、ブロック毎の積算値Ｓi を算出したら、図３で説明した重み係数Ｗi を用いて、次式（１）に従って評価値Ｅを算出する。
【００４６】
【数１】
2006262170.tif 000003
【００４７】
すなわち、評価値Ｅは、各ブロックＢi ごとの積算値Ｓi と重み係数Ｗi の乗
算値（Ｓi ×Ｗi ）を全てのブロックｉ＝０〜６３について加算し、その全加算値を重み係数Ｗi の総和で除算する（加重平均を算出する）ことによって求められる。
【００４８】
Ｓ４１４では、ＣＰＵ３０は式（１）で算出した評価値Ｅと所定の基準値Ｌとを比較する。所定の基準値Ｌとは、画像信号の望ましい明るさを示す数値であり、本実施形態では望ましいＧ信号の積算値に相当する。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂのデータから輝度信号（Ｙ信号）を生成して、輝度信号の積算演算を行う場合には、輝度信号の望ましい積算値である。評価値Ｅが基準値より大きい（光量過大）場合はＳ４１６へ、評価値Ｅが基準値と等しい（光量適正）場合はＳ４１８へ、評価値Ｅが基準値よりも小さい（光量不足）場合はＳ４２０へ進む。
【００４９】
Ｓ４１６では、ＣＰＵ３０は、次式（２）に従って増幅率（ゲイン）Ｇを算出する。
【００５０】
［数２］
Ｇ＝Ｌ／Ｅ                  …（２）
ＣＰＵ３０は、ゲイン調整回路３４に画像信号に対し（２）式で求めたゲインＧ相当のゲイン調整処理を行なわせる。Ｓ４１６では、Ｇ＜１であるため、画像信号のゲインを下げる処理を行なうことになる。
【００５１】
Ｓ４１８では、光量が適正であるため、画像信号のゲインを補正する処理を行なわない。
【００５２】
Ｓ４２０では、上記数２式によりＣＰＵ３０がゲインＧを算出し、ゲイン調整回路３４にそのゲインＧ相当のゲイン調整処理を行なわせる。Ｓ４２０では、Ｇ＞１であるため、画像信号のゲインをあげる処理を行なうことになる。
【００５３】
Ｓ４２２では、ゲイン調整処理を終了する。ゲイン調整処理後の画像信号は、メモリ２６やメモリカード４２に記録する。
【００５４】
本実施形態によれば、ストロボの光量過大又は過小の場合にはゲインを下げる又は上げることにより適正な明るさの画像が得られる。
【００５５】
なお、上記実施形態では、評価値Ｅと所定の基準値Ｌとを比較し、評価値Ｅを所定の基準値Ｌに合わせこむようにゲインＧを算出したが、評価値Ｅが属すべき所望のレンジ（上限値及び下限値）を設定し、評価値Ｅがこのレンジ外に有る場合にゲインを調整してこのレンジに属するようにしても良い。すなわち、評価値Ｅがレンジの上限値を超える場合には、光量過大（露出オーバ）と判定しゲインを下げて評価値をレンジに属する値にする。また、評価値Ｅがレンジの下限値を下回る場合には、光量不足（露出不足）と判定しゲインを上げて評価値をレンジに属する値にする。
【００５６】
＜第二実施形態＞
第二実施形態は、デジタルカメラが撮影して得たＲａｗデータ（画像データ）をパソコンに読み込み、適正露出の画像データに加工するための画像処理プログラムである。
【００５７】
図５は本実施形態に係るプログラムを示すプログラムブロック図である。
【００５８】
プログラムは、Ｒａｗデータの入力を受付ける入力部５０ａと、Ｒａｗデータから明るさを示す数値を読み出し評価値を算出し、評価値と適正な露出を示す明るさを示す数値（所定の基準値）と比較する比較部５０ｂと、評価値が所定の基準値になるように調整するためのゲインを決定するための増幅率決定部５０ｃと、決定したゲインに基づいてＲａｗデータに対してゲイン調整をするための可変増幅部５０ｄとから構成される。これらのプログラムは、パソコンの補助記憶装置に保存され、ＣＰＵが適宜メモリ上に読み出して実行される。ここでいう「Ｒａｗデータ」は、ＣＣＤで生成され、ホワイトバランス補正処理及びガンマ補正処理がされる前の画像データ及びホワイトバランス補正処理及びガンマ補正処理がされた後の画像データのどちらであっても良い。
【００５９】
本プログラムをパソコンに読み込んだり、撮像装置に読み込んだりすることにより、Ｒａｗデータを適正露出に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第一実施形態に係るデジタルカメラのブロック図
【図２】画像補正に利用される積算回路における撮影画面の分割形態の一例を示す図
【図３】撮影画面の各ブロックに割り当てられている重み係数Ｗi の例を示す図
【図４】第一実施形態に係るデジタルカメラにおける画像補正のアルゴリズムを示すフローチャート
【図５】第二実施形態に係るプログラムブロック図
【図６】ストロボ発光量と調光センサが検出する光量とのタイムラグを示す模式図
【符号の説明】
【００６１】
１０…カメラ、１２…撮影光学系、１８…ＣＣＤ、２６…メモリ、３０…ＣＰＵ、３４…ゲイン調整回路、４２…メモリカード、４４…カードＩ／Ｆ、５４…ストロボ発光装置、６０…積算回路
【図１】
2006262170.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006262170.tif 000007
【図５】
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【図６】
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