(57)【要約】【課題】装置構成を複雑にせず、ダイナミックレンジの広い画像を取得できる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、ノーマルモード、ミドルモードおよび拡大モードの各撮影モードについて切替え可能となっている。例えば感度をＩＳＯ１００に設定する場合、グラフＦａ、Ｆｄ、Ｆｇの順に撮像センサの光電変換動作点（露光量）が拡大するようになっている。そして、アナログアンプのゲインとデジタルアンプ（γ補正部）のゲイン特性とを調整することで、グラフＨａ、Ｈｄ、Ｈｇのように各撮影モードとも主要被写体に関して同様のデジタル画像出力の動作点に設定する。このように、拡大モードやミドルモードで撮影すると、装置構成を複雑にせず、ダイナミックレンジの広い画像を取得できることとなる。【選択図】　　　　図４
2004120511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
（ａ）被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、
（ｂ）前記出力信号を増幅し、増幅信号を生成するアナログ増幅手段と、
（ｃ）前記増幅信号をデジタル変換して、デジタル信号を生成する変換手段と、
（ｄ）前記デジタル信号に対して所定の信号変換を行い、画像出力信号を生成するデジタル処理手段と、
（ｅ）感度を設定する感度設定手段と、
を備え、
前記デジタル処理手段は、
前記感度設定手段で設定される感度に応じて、前記所定の信号変換に係る変換特性を変更する変更手段、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記デジタル処理手段は、
前記変更手段が能動化される状態と、前記変更手段が不能化される状態とを切替える切替手段、
をさらに有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
撮像装置であって、
（ａ）被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、
（ｂ）前記出力信号を増幅し、増幅信号を生成するアナログ増幅手段と、
（ｃ）前記増幅信号をデジタル変換して、デジタル信号を生成する変換手段と、
（ｄ）前記デジタル信号に対して所定の信号変換を行い、画像出力信号を生成するデジタル処理手段と、
（ｅ）前記被写体に対して発光を行う発光手段と、
とを備え、
前記デジタル処理手段は、
前記被写体を撮影する際に前記発光を伴うか否かで、前記所定の信号変換に係る変換特性を変更する変更手段、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の撮像装置において、
前記変換特性は、非線形の特性であることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、
前記変更手段は、
前記出力信号の動作点を変更する手段、
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段を備える撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラ（撮像装置）の小型化は著しく、また高感度化という市場の要求も大きい。このため、撮像センサ（固体撮像素子）の画素サイズは小さくなりダイナミックレンジが犠牲になる傾向が強くなっている。また、高感度を達成するために、画像処理回路等での感度アップ率が大きくＳＮの劣化も問題となっている。
【０００３】
そこで、通常のデジタルカメラでは、特定の感度において最適な回路動作点（適正被写体に対するアナログ信号レベルの振幅）が設定されており、高感度が要求される場合には、ＳＮの劣化を考慮しつつ上記の動作点が一定となるように初段のアナログアンプのゲインを調整する信号増幅が行われる。
【０００４】
また、例えば、特許文献１では、被写体の濃度分布を測定して固体撮像素子の動作点を変化させることにより、ダイナミックレンジを損なうことなく画像信号のＳＮ比を向上させる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−５１６８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のアナログアンプのゲインを調整する方法では、動作点が一定となるようにゲイン調整を行うため、どの感度においてもアナログアンプの動作点は一定となるが、いずれもダイナミックレンジについては狭い状態となっている。
【０００７】
また、特許文献１の技術を応用した場合には、ダイナミックレンジが拡大されるものの、撮影前に被写体の濃度分布を測定する必要があり、また撮像装置の構成が複雑になるなど問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、装置構成を複雑にせず、ダイナミックレンジの広い画像を取得できる撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、撮像装置であって、（ａ）被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、（ｂ）前記出力信号を増幅し、増幅信号を生成するアナログ増幅手段と、（ｃ）前記増幅信号をデジタル変換して、デジタル信号を生成する変換手段と、（ｄ）前記デジタル信号に対して所定の信号変換を行い、画像出力信号を生成するデジタル処理手段と、（ｅ）感度を設定する感度設定手段と、を備え、前記デジタル処理手段は、前記感度設定手段で設定される感度に応じて、前記所定の信号変換に係る変換特性を変更する変更手段を有する。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る撮像装置において、前記デジタル処理手段は、前記変更手段が能動化される状態と、前記変更手段が不能化される状態とを切替える切替手段をさらに有する。
【００１１】
また、請求項３の発明は、撮像装置であって、（ａ）被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、（ｂ）前記出力信号を増幅し、増幅信号を生成するアナログ増幅手段と、（ｃ）前記増幅信号をデジタル変換して、デジタル信号を生成する変換手段と、（ｄ）前記デジタル信号に対して所定の信号変換を行い、画像出力信号を生成するデジタル処理手段と、（ｅ）前記被写体に対して発光を行う発光手段と、とを備え、前記デジタル処理手段は、前記被写体を撮影する際に前記発光を伴うか否かで、前記所定の信号変換に係る変換特性を変更する変更手段を有する。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記変換特性は、非線形の特性である。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記変更手段は、前記出力信号の動作点を変更する手段を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜撮像装置の要部構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の要部構成を示す図である。ここで、図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ撮像装置１の正面図、背面図および上面図に相当している。
【００１５】
撮像装置１は、デジタルカメラとして構成されており、撮影レンズを含む撮像部１０を備えている。また、撮像装置１の前面には、被写体に対して発光を行う内蔵フラッシュ１１が設けられている。
【００１６】
撮像装置１は、その上面にシャッターボタン１２と感度設定スイッチ１３と撮影モード設定スイッチ１４とが設けられている。この感度設定スイッチ１３に対して撮影者が操作を行うことで、例えばＩＳＯ１００、ＩＳＯ２００およびＩＳＯ４００などの複数の感度に切り替えることができる。また、撮影モード設定スイッチ１４は、後述する拡大ダイナミックレンジ撮影モード、ダイナミックレンジミドル撮影モード、ノーマルダイナミックレンジ撮影モードおよびダイナミックレンジ自動設定モードを切替えるためのスイッチである。
【００１７】
撮像装置１の背面には、撮影された画像などを表示するＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）モニタ４２および電子ビューファインダー４３が設けられている。
【００１８】
図２は、撮像装置１の機能ブロックを示す図である。
【００１９】
撮像装置１は、撮像センサ１５と、撮像センサ１５にデータ伝送可能に接続する信号処理部２と、信号処理部２に接続する画像処理部３と、画像処理部３に接続するカメラ制御部４０とを備えてる。
【００２０】
撮像センサ１５は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の原色透過フィルターが市松状に配列された単板の画素配列を有するエリアセンサとして構成されており、全画素読み出しタイプとなっている。この撮像センサ１５では、電荷の蓄積が完了すると光電変換された信号が遮光された転送路にシフトされ、ここからバッファを介して読み出されて、被写体に係る画像信号が出力される。
【００２１】
信号処理部２は、ＣＤＳ２１とＡＧＣ２２とＡ／Ｄ変換部２３とを有している。
【００２２】
撮像センサ１５から出力された画像信号はＣＤＳ２１でサンプリングされノイズが除去された後、ＡＧＣ２２により感度補正が行われる。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換部２３は、１４ビットＡＤ変換器で構成されており、ＡＧＣ２２で正規化されたアナログ信号をデジタル化する。デジタル変換された画像信号は、画像処理部３で所定の画像処理が施されて画像ファイルが生成される。
【００２４】
画像処理部３は、ＣＰＵおよびメモリを有しており、デジタル処理部３０と画像圧縮部３７とビデオエンコーダー３６とメモリカードドライバ３８とを備えている。
【００２５】
デジタル処理部３０は、画素補間部３１と解像度変換部３２とホワイトバランス制御部３３とガンマ補正部３４とマトリクス演算部３５とを有している。
【００２６】
画像処理部３に入力された画像データは、撮像センサ１５の読出しに同期し画像メモリ４１に書込みまれる。以後、この画像メモリ４１に格納される画像データにアクセスし、デジタル処理部３０で各種の処理が行われる。
【００２７】
画像メモリ４１内の画像データは、画素補間部３１でＲＧＢ各画素をそれぞれのフィルターパターンでマスキングした後、Ｇ画素については、メディアン（中間値）フィルタで周辺４画素の中間２値の平均値に置換する。また、Ｒ画素およびＢ画素に関しては平均補間する。
【００２８】
画素補間された画像データは、ホワイトバランス（ＷＢ）制御部３３によりＲＧＢ各画素が独立にゲイン補正され、ＲＧＢのホワイトバランス補正が行われる。このホワイトバランス補正では、撮影被写体から本来白色となる部分を輝度、彩度データ等から推測し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの平均値と、Ｇ／Ｒ、Ｇ／Ｂ比とを求め、これらの情報に基づいてＲおよびＢの補正ゲインとして制御される。
【００２９】
ホワイトバランス補正された画像データは、ガンマ補正部３４で各出力機器に合った非線形変換が行われ、８ビットのデータへと変換される。その後、マトリクス演算部３５でＲＧＢからＹ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙデータが演算され、画像メモリ４１に格納される。
【００３０】
そして、画像メモリ４１に格納されたＹ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙデータは、解像度変換部３２で設定された画素数に水平垂直の縮小または間引きが行われ、画像圧縮部３７で圧縮処理を行った後、メモリーカードドライバー３８に装着されるメモリーカード９に記録される。
【００３１】
また、解像度変換部３２では、画像表示についても画素間引きを行って、ＬＣＤモニタ４２および電子ビューファインダー４３に表示するための低解像度画像を作成する。プレビュー時には、画像メモリ４１から読出された６４０＊２４０画素の低解像度画像がビデオエンコーダ３６でＮＴＳＣ／ＰＡＬにエンコードされ、これをフィールド画像としてＬＣＤモニタ４２または電子ビューファインダー４３で画像再生が行われる。
【００３２】
カメラ制御部４０は、ＣＰＵおよびメモリを備え、上記のシャッターボタン１２や感度設定スイッチ１３などを有するカメラ操作スイッチ４９に対して撮影者が行う操作入力を処理する。また、カメラ制御部４０は、感度設定部４０ａを有し、撮影者による感度設定スイッチ１３の操作によってＩＳＯ１００〜４００の感度が設定可能となっている。さらに、カメラ制御部４０は、撮影者による撮影モード設定スイッチ１４の操作により、後述するノーマルダイナミックレンジ撮影モード、ミドルダイナミックレンジ撮影モード、拡大ダイナミックレンジ撮影モードおよびダイナミックレンジ自動設定モードの切替えを行い、選択された撮影モードにおいて各部の動作点制御を実行する。
【００３３】
撮像装置１は、本撮影前に被写体を動画的態様でＬＣＤモニタ４２などに表示するライブビュー表示時に、シャッター４４の光学絞り値が絞りドライバー４５によって開放固定となる。また、撮像センサ１５の電荷蓄積時間に関しては、撮像センサ１５で取得した画像のうち選択された測光エリアで測光された光量データに基づき、カメラ制御部４０で露出制御データとして演算される。そして、カメラ制御部４０で算出された露出制御データに基づいて予め設定されたプログラム線図により、タイミングジェネレーターセンサドライバー４６で撮像センサ１５の露光時間が適正となるようにフイードバック制御が行われる。
【００３４】
＜画像処理における信号動作点について＞
図３は、画像処理における信号動作点を説明するための図である。本図は、撮像センサ１５〜γ補正部３４までの各部の信号の状況を示しており、グラフＤ１〜Ｄ５は、各部の最大レンジに対する濃度（輝度）信号の動作レベルを示している。また、グラフＤ１〜Ｄ５中の太線は、主要被写体のＧ（緑）信号に対応する動作点を示している。
【００３５】
撮像センサ１５で光電変換されＣＤＳ２１でサンプリングされた画像信号は、アナログアンプのＡＧＣ２１にて設定されたカメラ感度に応じてゲインアップが行われる。これにより、グラフＤ１、Ｄ２からグラフＤ３のように主要被写体のＧ信号の動作点（太線部）が上昇する。
【００３６】
ＡＧＣ２２でゲインがかけられたアナログの画像信号は、ＡＧＣ２２のフル出力レンジに対して、Ａ／Ｄ変換部２３で１４ビットのデジタル信号へと変換される。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換部２３で生成されたデジタル信号は、非線形アンプであるγ補正部３４でＬＣＤモニタ４２などの表示特性に適合するように濃度変換を行い、被写体濃度を所定レベルに変換する。
【００３８】
以上のように、アナログ増幅手段として働くＡＧＣ２２で増幅され、デジタル増幅手段として働くγ補正部３４で増幅（信号変換）されることで画像信号の動作点の調整が行え、適切な画像処理が行える。
【００３９】
＜撮像装置１の動作について＞
図４は、撮像装置１における画像処理の動作を説明するための図である。図４（ａ）〜図４（ｉ）において、左側のグラフＦａ〜Ｆｉは撮像センサ１１の動作点つまり光電変換された画像信号の分布を、中央のグラフＧａ〜ＧｉはＡＧＣ２２で増幅されたアナログ出力信号の動作点を、右側のグラフＨａ〜Ｈｉはγ補正部３４でγ変換された後のデジタル画像出力信号の動作点を表している。また、左側の矩形内の数値は、ＡＧＣ２２での増幅率を示し、右側の矩形内の数値は、主要被写体に関するγ補正部３４での増幅率を示している。さらに、グラフＦａ〜Ｆｉ、Ｇａ〜ＧｉおよびＨａ〜Ｈｉにおいては、下段が主要被写体の濃度分布（信号分布）、中段が反射被写体のハイライト部の濃度分布、上段が光源被写体の濃度分布を表している。
【００４０】
撮像装置１では、ノーマルダイナミックレンジ撮影モード、ミドルダイナミックレンジ撮影モード、拡大ダイナミックレンジ撮影モードおよびダイナミックレンジ自動設定モードの切替えが可能な構成となっているが、これらの４モードにおける撮像装置１の画像処理について、図４を参照しつつ以下で順に説明する。なお、上記の４モードを略して、ノーマルモード、ミドルモード、拡大モードおよび自動設定モードと呼ぶ。
【００４１】
＜ノーマルモードでの画像処理＞
図４（ａ）〜（ｃ）は、従来技術と同じノーマルモードにおける各ＩＳＯ感度での動作点を表したものである。
【００４２】
ＡＧＣ２２の増幅率は、ＩＳＯ１００、２００および４００の順に６ｄＢずつ増加し、グラフＧａ〜ＧｃのようにＡＧＣ２２の動作点は同一となっている。また、γ補正部３４におけるデジタル画像出力の動作点も、各感度とも同様の特性となっており、各感度に対して変化するのは撮像センサ１５の光電変換動作点（露光量）のみである。すなわち、いずれの感度ともγ補正部３４のデジタル画像出力の信号分布は同じであり、画像の再現ダイナミックレンジは同一となる。
【００４３】
このノーマルモードでは、ＡＧＣ２２の増幅率が増大するとＳＮ比が悪化するが、撮像センサ１５からの出力信号を各感度ともＡＧＣ２２でグラフＧａ〜Ｇｃに示す所定レベルまで増幅するため、撮像センサ１５の飽和レベル（最大レンジ）を使い切れずに、ダイナミックレンジの狭い画像となる。
【００４４】
＜拡大モードでの画像処理＞
図４（ｇ）〜（ｉ）は、拡大モードにおける各ＩＳＯ感度での動作点を表したものである。
【００４５】
図４（ｇ）は、図４（ａ）のノーマルモードと同様にＩＳＯ１００に設定される場合に該当するが、図４（ａ）に示すノーマルモードに対して、図４（ｇ）に示す拡大モードのＡＧＣ２２のゲインは、３．５ｄＢ低く設定され０ｄＢとなっている。これにより、撮像センサ１５の最大レンジ内の全出力信号をＡ／Ｄ変換部２３に入力しデジタル化できることとなる。
【００４６】
この拡大モードで撮影された画像データは、グラフＨｇに示すように所定のデジタル画像出力動作点となるようにγ補正部３４で非線形変換され、主要被写体の濃度分布がノーマルモードと同じ信号レベルに変換される。これにより、主要被写体に関して、撮像センサ１５からγ補正部３４までのトータルゲインは８ｄＢ（＝０ｄＢ＋８ｄＢ）となり、ノーマルモードと同じ増幅率になる。一方、反射被写体のハイライト部以上の高輝度領域については、γ補正部３４での圧縮率を大きくするため、撮像センサ１５で取得した濃度データを全てデジタル画像信号としてγ補正部３４から出力できることとなる。
【００４７】
以上のような拡大モードの動作により、撮像センサ１５の最大レンジを使い切る高ダイナミックレンジの撮影が可能となる。
【００４８】
図４（ｈ）および図４（ｉ）は、拡大モードにおいて感度ＩＳＯ２００およびＩＳＯ４００に設定する場合の各動作点を示している。この場合も、ＩＳＯ１００と同様にＡＧＣ２２の増幅率をノーマルモードに対して６ｄＢ下げることにより、撮像センサ１５の最大レンジを極力活用する動作点の設定となっている。そして、γ補正部３４で、反射被写体のハイライト部以上の高輝度領域の圧縮率を高めにしたγ変換を行い、主要被写体の濃度分布を図４（ｂ）および（ｃ）に示すノーマルモードと同等の適正レベルに変換する。これにより、主要被写体については、ＡＧＣ２２とγ補正部３４とのゲインバランスがノーマルモードと相違するものの、撮像センサ１５からγ補正部３４までのトータルゲインがＩＳＯ２００時に１４ｄＢ（＝３．５ｄＢ＋１０．５ｄＢ）、ＩＳＯ４００時に２０ｄＢ（＝９．５ｄＢ＋１０．５ｄＢ）となり、ノーマルモードと等しくなる。また、ノーマルモードより拡大された撮像センサ１５の濃度データを全てデジタル信号としてγ補正部３４から出力できることとなる。
【００４９】
以上のような拡大モードの画像処理により、出力画像における主要被写体の濃度分布に影響を与えず、ＩＳＯ１００に設定される場合には撮像センサ１５の最大レンジを使い切る高ダイナミックレンジの撮影が可能である。
【００５０】
またＩＳＯ２００やＩＳＯ４００など高感度に設定される場合には、アナログゲインに対する相対的なデジタルゲインの増幅率をＩＳＯ１００に対して減少させ、ダイナミックレンジとＳＮ比とがバランスの良い動作点に変更している。換言すれば、設定される感度が低くなる場合には、撮像センサ１５の出力信号からγ補正部３４の画像出力信号を生成する過程で増幅されるトータルの増幅率に占めるγ補正部３４の増幅率の割合を増加させる。これにより、高感度時においても良好な画像を提供できることとなる。
【００５１】
＜ミドルモードでの画像処理＞
図４（ｄ）〜（ｆ）は、ミドルモードにおける各ＩＳＯ感度での動作点を表したものである。
【００５２】
ミドルモードでは、初段のアナログアンプであるＡＧＣ２２のゲインを、ノーマルモードと拡大モードとの中間値付近に設定している。これは、画像に関するダイナミックレンジの拡大率を抑えつつ、拡大モードに対して画像出力信号におけるＳＮ比を改善するためである。
【００５３】
すなわち、拡大モードでは、画像のダイナミックレンジが拡大できる長所があるものの、γ補正部３４における主要被写体の増幅率が大きくなるためＳＮ比が悪化する短所がある。一方、ノーマルモードでは、拡大モードの長所と短所とが逆転する。そこで、拡大モードとノーマルモードとの特性を折衷した中間的な撮影モードとしてミドルモードを設けている。
【００５４】
以上は、ノーマルモード、拡大モードおよびミドルモードの各撮影モードにおける画像処理について述べたが、次に各撮影モードを比較しつつ、各撮影モードの特徴について説明する。
【００５５】
図５は、各撮影モードにおけるγ補正部３４の変換特性を説明するための図である。図５の横軸については入力レベルを示しており、縦軸については出力レベルを示している。また、縦軸については、図４と同様に出力レベルに応じて主要被写体、反射被写体のハイライト部および光源被写体に分類されている。
【００５６】
特性曲線（ゲイン曲線）Ｃａは、拡大モードでＩＳＯ２００またはＩＳＯ４００に設定される場合のγ変換特性（非線形の特性）を示し、特性曲線Ｃｂは、拡大モードでＩＳＯ１００に設定される場合のγ変換特性を示している。また、特性曲線Ｃｃは、ミドルモードでＩＳＯ１００に設定される場合のγ変換特性を示し、特性曲線Ｃｄは、ノーマルモードで設定されるγ変換特性を示している。
【００５７】
主要被写体の濃度領域については、ＡＧＣ２２のゲインが低く設定（図４（ｇ）〜（ｉ）参照）されるため、拡大モードに関する特性曲線Ｃａおよび特性曲線Ｃｂのように、これをキャンセルするように、即ちこれに反比例してγ補正部３４のゲインを高く、つまりゲイン曲線の平均的な傾きを大きくしている。
【００５８】
また、ハイライト部以上の高輝度領域については、ＡＧＣ２２のゲインが抑制され、撮像センサ１５からの出力信号に対して高圧縮を行う必要があるため、拡大モードに関する特性曲線Ｃａおよび特性曲線Ｃｂのように、ゲインを低く、つまりゲイン曲線の平均的な傾きを小さくしている。
【００５９】
すなわち、拡大モードでは、低輝度部に相当する主要被写体の濃度領域でゲイン曲線の傾斜を大きくする一方、反射被写体のハイライト部以上の高輝度部でゲイン曲線の傾斜を小さく設定している。また、拡大モードでは、設定されるＩＳＯ感度に応じて、２つの変換特性（特性曲線Ｃａ、特性曲線Ｃｂ）を切替えることで、主要被写体に関するゲイン特性を変更しダイナミックレンジとＳＮ比との調和を図っている。
【００６０】
また、ミドルモードについては、特性曲線Ｃｃのように、拡大モードより凸部が緩やかになっている。さらに、ノーマルノードについては、特性曲線Ｃｄのようにミドルモードより凸部が緩やかに設定されている。
【００６１】
図６は、各撮影モードにおける被写体輝度とデジタル画像出力信号との関係を示す図である。本図は、ＩＳＯ１００の感度に関して、ノーマルモード、拡大モードおよびミドルモードの各撮影モードを比較するもので、図５に示すγ変換特性にＡＧＣ２２のゲイン特性を乗算して得られた特性を示している。すなわち、各特性曲線Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃは、被写体輝度に対する撮像装置１のトータルの再現特性を表している。
【００６２】
各撮影モードとも、主要被写体の再現特性はほぼ等しいが、反射被写体のハイライト部以上の高輝度部の再現範囲が相違している。すなわち、特性曲線Ｄａに示すノーマルモード、特性曲線Ｄｂに示すミドルモード、特性曲線Ｄｃに示す拡大モードの順に、高輝度部の再現範囲が拡大され、ダイナミックレンジが拡大している。
【００６３】
＜自動設定モードでの画像処理＞
図７は、各撮影モードにおいて設定される画像処理方法を表す図である。本図の各欄に記載される図４（ａ）〜（ｉ）については、該当する図番号の画像処理方法を表している。
【００６４】
ここで、拡大モード、ミドルモードおよびノーマルモードを選択すると、上述したように図４（ａ）〜（ｉ）に示す各画像処理が行われる。一方、自動設定モードを選択すると、感度ＩＳＯ１００の場合には図４（ｇ）に示す拡大モードＩＳＯ１００の画像処理が施され、感度ＩＳＯ２００の場合には図４（ｅ）に示すミドルモードＩＳＯ２００の画像処理が施される。また、感度ＩＳＯ４００の場合には図４（ｃ）に示すノーマルモードＩＳＯ４００の画像処理が施される。
【００６５】
このように自動設定モードを指定すれば、ＩＳＯ感度に応じて適切な撮影モードを選択でき、ＳＮ比とダイナミックレンジとのバランスが良好な画像を取得できる。以下では、この自動設定モードの有効性を検証する。
【００６６】
図８は、各撮影モードにおけるＩＳＯ感度と主要被写体に対するハイライトマージン（画像のダイナミックレンジ）との関係を示す図である。この主要被写体に対するハイライトマージンとは、反射被写体のハイライト部以上の高輝度領域を主要被写体の濃度領域で除算した値のことである。ここで、グラフＭａはノーマルモードに、グラフＭｂはミドルモードに、グラフＭｃは拡大モードに、グラフＭｄは自動設定モードに対応している。
【００６７】
図９は、各撮影モードにおけるＩＳＯ感度とゲイン係数との関係を示す図である。このゲイン係数とは、γ補正部３４での主要被写体に関する増幅率を指している。ここで、グラフＧａはノーマルモードに、グラフＧｂはミドルモードに、グラフＧｃは拡大モードに、グラフＧｄは自動設定モードに対応している。
【００６８】
画像データのＳ／Ｎ比は、画像処理過程で施される信号増幅に応じて劣化の程度が変化する。この信号増幅については、ビット落ちなどの量子化誤差が発生するデジタル増幅の方が、アナログ増幅よりもＳＮ比の劣化に対する影響が大きくなる。
【００６９】
以上のようにγ補正部３４のデジタルゲイン係数が大きくなると、画像信号におけるＳＮ比の劣化が顕著になるため、ゲイン係数は小さい方が好ましい。したがって、拡大モードおよびミドルモードで撮影する場合、感度を増やせばノーマルモードよりダイナミックレンジを確保できるものの、グラフＧｂ、Ｇｃのようにデジタルゲイン係数が増大するため、画像信号についてノイズの増加を伴うこととなる。一方、ノーマルモードでは、ゲイン係数が４．５ｄＢと低めに設定されているが、図８のグラフＭａに示すようにダイナミックレンジが狭いため、画像の改善は期待できない。
【００７０】
一方、自動設定モードで撮影する場合には、図８のグラフＭｄように感度上昇に伴いダイナミックレンジが減少する動作点変更となるが、図９のグラフＧｄに示すように高感度時にデジタルゲイン係数が減少する。すなわち、画像信号におけるノイズの増加を抑制しつつ、ダイナミックレンジが広い画像を取得できることとなる。また、低感度（ＩＳＯ１００）時には、撮像センサ１５の最大レンジをフル活用できるため、広いダイナミックレンジの画像を得ることができる。
【００７１】
以上の撮像装置１における画像処理により、ノーマルモード以外の各撮影モードでは感度に応じてデジタルアンプ（γ補正部）のγ変換特性を変更し、撮像センサ出力の動作点を変更するため、装置構成を複雑にせず、ダイナミックレンジの広い画像を取得できる。また、感度に応じて変換特性を変更する変更モードが不能化される状態（ノーマルモード）と、上記の変更モードが能動化される状態（拡大モード、ミドルモード、自動設定モード）とが切替え可能であるため、感度に応じて階調再現（γ特性）を変化させたくない撮影者の意図に沿った撮影が可能となる。
【００７２】
一般的にフラッシュ撮影においては、主要被写体にフラッシュ光が到達することを前提とした場合、強いフラッシュ光によって高輝度に照らされる主要被写体と、遠方のためフラッシュ光が届かない、若しくは陰になる部分とで輝度差（ダイナミックレンジ）が拡大する。したがって、主要被写体である人物などをフラッシュ撮影する際には、肌の部分が白飛びするなどの問題が発生する。
【００７３】
そこで、撮像装置１においてフラッシュ撮影を行う場合には、ノーマルモード、ミドルモードおよび自動設定モードが選択されるときでも、カメラ制御部４０によって強制的に拡大モードを設定する動作を行う。すなわち、フラッシュ撮影の場合には、撮像センサ１５の出力信号からγ補正部３４の画像出力信号を生成する過程で増幅されるトータルの増幅率に占めるγ補正部３４の増幅率の割合を増加させる。これにより、フラッシュ撮影では、ダイナミックレンジを重視する撮影モードに設定され、白飛びなどの発生を抑制できることとなる。
【００７４】
すなわち、フラッシュ撮影か否かで、デジタルアンプ（γ補正部）のγ変換特性を変更するため、装置構成を複雑にせず、フラッシュ撮影時にダイナミックレンジの広い画像を取得できる。
【００７５】
＜変形例＞
◎上述した具体的実施形態には、以下の構成を有する発明が含まれている。
【００７６】
（１）感度設定手段で設定される感度が低くなる場合には、撮像手段の出力信号からデジタル処理手段の画像出力信号を生成する過程で増幅されるトータルの増幅率に占めるデジタル処理手段の増幅率の割合を増加させることを特徴とする撮像装置。
【００７７】
これにより、撮像手段において低感度ほど取得し易い高輝度側のデータを利用し、ダイナミックレンジを拡大する撮影が可能となる。
【００７８】
（２）被写体を撮影する際に発光を伴う場合には、撮像手段の出力信号からデジタル処理手段の画像出力信号を生成する過程で増幅されるトータルの増幅率に占めるデジタル処理手段の増幅率の割合を増加させることを特徴とする撮像装置。
【００７９】
これにより、フラッシュ撮影時に拡大される被写体の輝度差に対応し、ダイナミックレンジが拡大される撮影が可能となる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項２、請求項４および請求項５の発明によれば、感度設定手段で設定される感度に応じてデジタル処理手段の変換特性を変更するため、装置構成を複雑にせず、ダイナミックレンジの広い画像を取得できる。
【００８１】
特に、請求項２の発明においては、変更手段が能動化される状態と変更手段が不能化される状態とを切替える切替手段を有するため、撮影者の意図に沿った撮影が可能となる。
【００８２】
また、請求項３ないし請求項５の発明によれば、被写体を撮影する際に発光を伴うか否かでデジタル処理手段の変換特性を変更するため、装置構成を複雑にせず、フラッシュ撮影時にダイナミックレンジの広い画像を取得できる。
【００８３】
また、請求項４の発明においては、デジタル処理手段の変換特性が非線形の特性であるため、ダイナミックレンジの広い画像を簡易に生成できる。
【００８４】
また、請求項５の発明においては、撮像手段の出力信号の動作点を変更する手段を有するため、ダイナミックレンジの広い画像を適切に生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置１の要部構成を示す図である。
【図２】撮像装置１の機能ブロックを示す図である。
【図３】画像処理における信号動作点を説明するための図である。
【図４】撮像装置１における画像処理の動作を説明するための図である。
【図５】各撮影モードにおけるγ補正部３４の変換特性を説明するための図である。
【図６】各撮影モードにおける被写体輝度とデジタル画像出力信号との関係を示す図である。
【図７】各撮影モードにおいて設定される画像処理方法を表す図である。
【図８】各撮影モードにおけるＩＳＯ感度と主要被写体に対するハイライトマージンとの関係を示す図である。
【図９】各撮影モードにおけるＩＳＯ感度とゲイン係数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　撮像装置
３　画像処理部
１１　フラッシュ
１３　感度設定スイッチ
１４　撮影モード設定スイッチ
１５　撮像センサ
２２　ＡＧＣ
３４　ガンマ（γ）補正部
４０　カメラ制御部
４０ａ　感度設定部
【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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【図８】
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【図９】
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