(57)【要約】【課題】ストロボ撮影時に各ＬＥＤの発光量を制御する撮像装置、撮像方法、及び撮像プログラムを提供する。【解決手段】ストロボ撮影時に各ＬＥＤの発光量を制御して撮像素子の出力部でＲ・Ｇ・Ｂの出力を揃え、ＷＢにおける乗算処理を不要とすることにより、Ｒ・Ｂの信号に余計な乗算処理が施されないため動画像及び静止画像のＳ／Ｎ劣化を抑制する。また、輝度信号成分として寄与率の高いＧのＬＥＤの発光量を落とすことによるストロボ発光輝度の低下を防止するために、Ｒ・ＢのＬＥＤの発光量を上げて撮像素子のＲ・Ｇ・Ｂの出力が均一になるよう制御し、ストロボ到達距離の維持とＳ／Ｎ劣化の抑制とを同時に実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色の発光素子を組み合わせて被写体を照射する投光手段と、前記発光素子の発光量を制御する制御手段と、前記発光素子により照射された被写体を撮影するカラー撮像素子を含む撮影光学系とを有する撮像装置において、
前記発光素子を投光して画像を撮影する際、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記発光素子の発光量を制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記発光素子を投光して画像を撮影する際に、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベル差を減じるように、前記発光素子の発光量を制御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】
前記投光手段は、Ｒ・Ｇ・Ｂの発光素子を組み合わせてなり、
前記発光素子を投光して画像を撮影する際に、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記Ｇの発光素子の発光量を制御することを特徴とす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】
前記投光手段は、Ｒ・Ｇ・Ｂの発光素子を組み合わせてなり、
前記発光素子を投光して画像を撮影する際に、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記Ｒ・Ｂの発光素子の発光量を制御することを特徴とす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５】
複数色の発光素子を組み合わせて被写体を照射する投光手段と、前記発光素子の発光量を制御する制御手段と、前記発光素子により照射された被写体を撮影するカラー撮像素子を含む撮影光学系とを有する撮像装置の撮像方法であって、
前記発光素子を投光して画像を撮影する際、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記発光素子の発光量を制御する工程を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項６】
複数色の発光素子を組み合わせて被写体を照射する投光手段と、前記発光素子の発光量を制御する制御手段と、前記発光素子により照射された被写体を撮影するカラー撮像素子を含む撮影光学系とを有する撮像装置の撮像プログラムであって、
前記発光素子を投光して画像を撮影する際、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記発光素子の発光量を制御する処理を有す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、撮像装置、撮像方法、及び撮像プログラムに関し、特に、ストロボ撮影時に各ＬＥＤの発光量を制御する撮像装置、撮像方法、及び撮像プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のストロボユニットは、キセノン管ランプと、メインコンデンサと、高電圧充電回路とからなる機器が一般的であった。しかし、この構成はコンシューマを対象としたコンパクトカメラにおいて、低コスト化及び機器の小型化の妨げとなっていた。このような事情から、近年ではＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）ストロボに注目が集まっている。
【０００３】
また、従来、ＬＥＤ素子を有するストロボ装置では、短時間に大容量の電荷が放電されるため、静止画の撮影にその用途が限定されていた。しかし、近年、写真フィルム等の感度が向上し、ＩＳＯ感度８００〜１６００等の高感度フィルムが、一般に入手されるようになった。さらに、デジタルスチルカメラ等の電子カメラにおいてもＣＣＤ等のような撮像素子の感度も向上し、被写体照明に従来のストロボのような大光量が必ずしも必要でなくなってきた。そのため、ＬＥＤ素子により、連続点灯やパルス点灯が可能になり、動画撮影の補助光としても使用可能となった。
【０００４】
ストロボ装置に使用されるＬＥＤは、Ｒ・Ｇ・Ｂの各ＬＥＤ素子を組み合わせる方式と、青〜紫外領域のＬＥＤ素子と蛍光体を組み合わせる方式とがある。前者の方式は各色独立に発光量の制御が可能であるため、発光色の制御性が良いという特徴を有する。
【０００５】
特許文献１では、被写体に向けてストロボ光を発光可能な発光手段と、周囲光の色温度を検出する側色手段と、周囲光の色温度に応じてストロボ光の色温度を変化させ、被写体を照明する光の色温度が撮像素子の分光感度設計値に実質的に等しくなるように制御する制御手段を備えることにより、ホワイトバランス回路および垂直エッジ抽出回路を設けることなく、自然なカラー画像を得ることができるストロボ装置が提案されている。
【０００６】
特許文献２では、赤、緑、青の３原色別に発光する発光ダイオードをそれぞれ複数並べて構成される光源を有する照明装置を有し、該照明装置と原稿とを相対的に移動させて該原稿上の画像をカラーＣＣＤによって読み取るカラー画像読取装置において、光源の点灯駆動を制御する制御装置を含むカラーバランス校正手段と光量検知手段とを有し、照明装置は、ＬＥＤの光の出射面の直前に光速の広がりを規制する導光体を有し、各ＬＥＤは制御装置内の記憶装置に予め記憶されている電流値に基づき、少なくとも色別の点灯駆動装置により同時点灯され、各色を混色させて原稿面を照明するように配置され、カラーバランス校正手段は、直接又は間接に照明装置からの照明光量を光量検知手段によりＲ、Ｇ、Ｂ別に検出し、色別発光量が所望のカラーバランスになるよう、必要に応じて記憶装置に記憶されている電流値を書き換えることにより、複数の目的に応じたバランスの良い白色をランプを変えずに正確に再現できるカラー画像読取装置が提案されている。
【特許文献１】特許第３５７４４８０号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の発明は以下の問題を有している。
【０００８】
上記の発明は、ストロボ投光用としてＬＥＤ素子を使用することにより、数百ボルトへの昇圧回路と、メインコンデンサと、該メインコンデンサの充電回路とが不要になり上述の問題を解消する技術である。
【０００９】
また、特許文献１記載のストロボ装置は、ストロボ光の色制御により、ホワイトバランスを不要としているが、撮像素子等で発生するＳ／Ｎ劣化を抑制することができない。また、色温度制御の手段として発光管、カラーフィルタ、透過液晶を使用する点で異なる。
【００１０】
特許文献２記載のカラー画像読取装置は、ＬＥＤによりホワイトバランスを制御しているが、カラー画像読取装置に限定されていることと、撮像素子等で発生するＳ／Ｎ劣化を抑制できない。
【００１１】
そこで、本発明は、ストロボ撮影時に各ＬＥＤの発光量を制御して撮像素子の出力部でＲ・Ｇ・Ｂの出力を揃え、ＷＢにおける乗算処理を不要とすることにより、Ｒ・Ｂの信号に余計な乗算処理が施されないため動画像及び静止画像のＳ／Ｎ劣化を抑制することができる撮像装置を提案することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明は、複数色の発光素子を組み合わせて被写体を照射する投光手段と、前記発光素子の発光量を制御する制御手段と、前記発光素子により照射された被写体を撮影するカラー撮像素子を含む撮影光学系とを有する撮像装置において、前記発光素子を投光して画像を撮影する際、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記発光素子の発光量を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記発光素子を投光して画像を撮影する際に、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベル差を減じるように、前記発光素子の発光量を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の撮像装置において、前記投光手段は、Ｒ・Ｇ・Ｂの発光素子を組み合わせてなり、前記発光素子を投光して画像を撮影する際に、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記Ｇの発光素子の発光量を制御することを特徴とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の撮像装置において、前記投光手段は、Ｒ・Ｇ・Ｂの発光素子を組み合わせてなり、前記発光素子を投光して画像を撮影する際に、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記Ｒ・Ｂの発光素子の発光量を制御することを特徴とすることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、複数色の発光素子を組み合わせて被写体を照射する投光手段と、前記発光素子の発光量を制御する制御手段と、前記発光素子により照射された被写体を撮影するカラー撮像素子を含む撮影光学系とを有する撮像装置の撮像方法であって、前記発光素子を投光して画像を撮影する際、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記発光素子の発光量を制御する工程を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、複数色の発光素子を組み合わせて被写体を照射する投光手段と、前記発光素子の発光量を制御する制御手段と、前記発光素子により照射された被写体を撮影するカラー撮像素子を含む撮影光学系とを有する撮像装置の撮像プログラムであって、前記発光素子を投光して画像を撮影する際、前記制御手段は、前記被写体内の灰色又は白色部に対応する前記カラー撮像素子の各色信号の出力レベルが等しくなるように、前記発光素子の発光量を制御する処理を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、ストロボ撮影時に各ＬＥＤの発光量を制御して撮像素子の出力部でＲ・Ｇ・Ｂの出力を揃え、ＷＢにおける乗算処理を不要とすることにより、Ｒ・Ｂの信号に余計な乗算処理が施されないため動画像及び静止画像のＳ／Ｎ劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係わる撮像装置について説明する。
【００２０】
まず、本実施形態に係わる撮像装置のシステム構成について図１を用いて説明する。
【００２１】
本実施形態に係わる撮像装置のシステム構成は、撮影光学系１００、光学系駆動部１０５、撮像素子駆動部１０６、画像処理部１０７、画像表示部１０８、画像バッファ用メモリ１０９、画像記録Ｉ／Ｆ部１１０、プログラム用メモリ１１１、操作部１１２、制御部１１３、ＬＥＤ電源・発光量制御部１１４、及びＲ・Ｇ・Ｂの各ＬＥＤ（１１５〜１１７）を有して構成される。
【００２２】
また、撮影光学系１００は、レンズ１０１、絞り１０２、フィルタ１０３、及び撮像素子１０４を有して構成される。さらに、画像処理部１０７は、ＣＤＳ１１９、ＰＧＡ１２０、Ａ／Ｄ１２１、及びＷＢ１２２を有して構成される。
【００２３】
Ｒ・Ｇ・Ｂの各ＬＥＤ(１１５〜１１７)の輝度制御は、制御部１１３からＬＥＤ電源・発光量制御部１１４を通しておこなわれる。ＬＥＤ電源・発光量制御部１１４は、各ＬＥＤの定電流電源回路と電流値の切換回路で構成されている。
【００２４】
フィルタ１０３は、被写体の高周波成分をカットし、偽色・モアレ縞を低減するための光学ローパスフィルタと、正確な色再現をおこなうために可視光以外の波長をカットする赤外カットフィルタとを有して構成される。図２に示す点線は、フィルタ１０３の一般的な分光感度特性である。また、図２に示す実線は、撮像素子１０４の分光感度特性である。通常の撮像素子の分光感度特性は、人間の比視感度に合わせているためＧの分光感度が高くなっている。このため、デーライトで白被写体を撮影すると、撮像素子の出力信号のレベルにおいて、Ｇの出力レベルがＲ・Ｂの出力レベルの１．５倍以上となることがある。なお、フィルタは６５０ｎｍ以上、４００ｎｍｍ以下の波長領域をカットしている。
【００２５】
通常の撮像装置において、撮像素子１０４の出力は、画像処理部１０７内のＣＤＳ１１９において画素単位でサンプリングされてアナログ信号として再生され、ＰＧＡ１２０で所定値に増幅され、Ａ／Ｄ１２１でデジタル変換された後でＷＢ１２２にてホワイトバランス処理される。具体的には、従来の撮像装置においては、ＷＢ１２２において実施されるＲ信号及びＢ信号への乗算処理における乗算値を下げることでＳ／Ｎ劣化を抑制している。
【００２６】
本実施形態においては、各ＬＥＤの発光量の制御を実施するが、その具体的な方式としては発光輝度の制御と発光時間制御とが考えられる。発光輝度を制御する方法としては、ＬＥＤに流す電流値により制御する方法と、発光素子数による制御方法とがある。また、発光時間を制御する方法としては、装置の電力負荷を低減するという目的から、撮影装置の露光時間内で発光時間を変化させる方法がある。なお、本実施形態においては、Ｒ・Ｇ・ＢそれぞれのＬＥＤに供給される電流を制御することにより、ＬＥＤの発光量を制御する方法について説明するが、これに限定されるものではない。
【００２７】
次に、本実施形態に係わる撮像装置における各ＬＥＤ（１１５〜１１７）の相対発光強度、及び撮像素子１０４から出力されるＲ・Ｇ・Ｂそれぞれに出力レベルについて図３及び図４を用いて説明する。
【００２８】
図３（ａ）及び図４（ａ）に従来の撮像装置及び本実施形態に係わる撮像装置における撮影時の各ＬＥＤの発光強度を示す。また、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に従来の撮像装置及び本実施形態に係わる撮像装置における撮影時の被写体の灰色（もしくは白色）領域に相当する撮像素子の出力レベルを示す。
【００２９】
従来の撮像装置において、ＬＥＤは３５００〜６５００Ｋ付近の白色を発光し、その際の相対発光強度をｒ１、ｇ１、ｂ１と仮定する。図３（ａ）に示すように、この条件で発光すると、無彩色の被写体は図３（ａ）と図２の分光感度特性との乗算により図３（ｂ）に示す出力レベルが撮像素子から出力されることになる。つまり、分光感度においてＧが支配的であるため、Ｖ１ｇ＞＞Ｖ１ｒ,Ｖ１ｂの関係となり、ＷＢ１２２においてＲの出力信号とＢの出力信号にＶ１ｇ／Ｖ１ｒとＶ１ｇ／Ｖ１ｂの乗算処理が必要となる。
【００３０】
これに対して本実施形態に係わる撮像装置では、各ＬＥＤの相対発光輝度がｒ１＜ｒ２、ｇ１＞ｇ２、ｂ１＜ｂ２となるように各ＬＥＤ（１１５〜１１７）を発光させることで、図４（ｂ）に示す撮像素子出力を得る。この撮影方法によれば、通常撮影時よりもＲ・Ｇ・Ｂの出力電圧が均一である。そのため、ＷＢ１２２でＲの出力信号とＢの出力信号に対する乗算値であるＶ２ｇ／Ｖ２ｒ及びＶ２ｇ／Ｖ２ｂは、Ｖ２ｇ／Ｖ２ｒ＜Ｖ１ｇ／Ｖ１ｒ、Ｖ２ｇ／Ｖ２ｂ＜Ｖ１ｇ／Ｖ１ｂの関係を満たし、Ｓ／Ｎ劣化の抑制を実現する。
【００３１】
通常のデジタルカメラで使用する撮像素子の分光感度は、Ｇが支配的であり、デーライト光源下で白い物体を撮影すると撮像素子出力ではＧの出力がＲ及びＢの出力と比較して大きい値となる。この不揃いであるＲ・Ｇ・Ｂの出力に対してＷＢにおける乗算処理を施すことにより各色のレベルが均一になり白い物体である動画像又は静止画像を得る。よって、通常の色温度下での撮影において、Ｒ・Ｇ・Ｂの出力はＧ出力に比較して画処理部での乗算率が高くなり、量子化誤差と乗算処理に起因するＳ／Ｎ劣化が生じる。しかし、上述したように、ストロボ撮影時に各ＬＥＤの発光量を制御して撮像素子の出力部でＲ・Ｇ・Ｂの出力を揃え、ＷＢにおける乗算処理を不要とすることにより、Ｒ・Ｂの信号に余計な乗算処理が施されないため動画像及び静止画像のＳ／Ｎ劣化を抑制することができる。
【００３２】
また、ＬＥＤの発光量の制御によりＲ・Ｇ・Ｂの出力を揃える際、通常用いられる撮像素子とフィルタの分光感度とを考慮し、ＧのＬＥＤの発光量を相対的にＲ・ＢのＬＥＤの発光量より落とさなければならない。しかし、輝度信号成分として寄与率の高いＧのＬＥＤの発光量を落とすと、ストロボ発光輝度が暗くなり、ストロボ到達距離が短くなる。つまり、ストロボ到達距離とＳ／Ｎ劣化の抑制は相反する関係にある。そこで、両者の撮像装置への影響度を考慮し、ストロボ到達距離の大幅な減少を防止するため、Ｒ・ＢのＬＥＤの発光量を上げて撮像素子のＲ・Ｇ・Ｂの出力が均一になるよう制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係わる撮像装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子及びフィルタの分光感度特性を示す図である。
【図３】（ａ）は、従来の撮像装置による撮影時のＬＥＤの相対発光強度を示す図であり、（ｂ）は、ＣＣＤ出力電圧を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係わる撮像装置による撮影時のＬＥＤの相対発光強度を示す図であり、（ｂ）は、ＣＣＤ出力電圧を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００    撮影光学系
１０１    レンズ
１０２    絞り
１０３    フィルタ
１０４    撮像素子
１０５    光学系駆動部
１０６    撮像素子駆動部
１０７    画像処理部
１０８    画像表示部
１０９    画像バッファ用メモリ
１１０    画像記録Ｉ／Ｆ部
１１１    プログラム用メモリ
１１２    操作部
１１３    制御部
１１４    ＬＥＤ電源・発光量制御部
１１５    Ｒｅｄ  ＬＥＤ
１１６    Ｇｒｅｅｎ  ＬＥＤ
１１７    Ｂｌｕｅ  ＬＥＤ
１１９    ＣＤＳ
１２０    ＰＧＡ
１２１    Ａ／Ｄ
１２２    ＷＢ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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