(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の被写界像を撮像してその画像を表わす画像信号をディジタルの画像データとして出力するディジタルカメラにおいて、該カメラは、
被写界像が結像されてその露光量に応じた３原色の画像信号を出力する撮像素子と、
前記露光量を調整する露光量調整手段と、
前記画像信号をディジタルの画像データに変換するディジタル変換手段と、
前記画像データに所定の信号処理を施す信号処理手段と、
前記露光量調整手段および前記信号処理手段を制御して標準ラチチュード撮影と広ラチチュード撮影とを切り替えるラチチュード切替手段とを有し、前記信号処理手段は、
前記画像データのそれぞれの色データに色再現係数を乗じて色補正を施す第１の色補正パラメータによって色補正する第１の色処理手段と、
第１の色処理手段にて色補正された画像データを所定の階調変換特性によって階調変換する階調変換手段と、
前記階調変換後の画像データを輝度および色差にて表わす画像データに変換するYC変換手段と、
該YC変換手段にて変換された画像データを第２の色補正パラメータによって色補正する第２の色処理手段とを含み、
前記ラチチュード切替手段は、前記広ラチチュード撮影の際に、前記露光量調整手段を前記標準ラチチュード撮影の場合の露光量より所定の値低く設定し、前記階調変換手段の階調変換特性を前記標準ラチチュード撮影の際よりも高く設定し、前記標準ラチチュード撮影および前記広ラチチュード撮影のそれぞれの撮影に応じて、前記第１および前記第２の色補正パラメータをそれぞれ切り替えることを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のディジタルカメラにおいて、前記露光量調整手段は、前記撮像素子への単位時間当たりの露光量を絞り量の調整によって複数段階に調整する絞り量調整手段と、前記撮像素子の露光時間をシャッタ速度によって複数段階に調整するシャッタ速度調整手段とを含み、前記ラチチュード切替手段は、前記撮像素子の露光量を前記標準ラチチュード撮影の場合より低く設定することを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項３】
請求項２に記載のディジタルカメラにおいて、前記露光量調整手段は、前記広ラチチュード撮影の際に、前記絞り量を前記標準ラチチュード撮影の場合の前記絞り量より多く設定することを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項４】
請求項２に記載のディジタルカメラにおいて、前記露光量調整手段は、前記広ラチチュード撮影の際に、前記シャッタ速度調整手段のシャッタ速度を前記標準ラチチュード撮影の場合のシャッタ速度より速く設定することを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項５】
請求項１に記載のディジタルカメラにおいて、前記階調変換手段は、低輝度領域から高輝度領域にわたって、再生表示系に応じた階調変換特性を有する第１の階調変換テーブルと、その階調変換特性に対して低輝度領域の傾きが大となり、高輝度領域の傾きが小となる階調変換特性を有する第２の階調変換テーブルとを有し、前記ラチチュード切替手段は、前記標準ラチチュード撮影の際に前記第１の階調変換テーブルに切り替え、前記広ラチチュード撮影の際に前記第２の階調変換テーブルに切り替えることを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項６】
請求項１に記載のディジタルカメラにおいて、前記第２の色処理手段は、画像データのそれぞれの色データのレベル差を補正して色補正し、
前記ラチチュード切替手段は、前記標準ラチチュード撮影および前記広ラチチュード撮影のそれぞれの撮影に応じて前記補正する補正量を切り替えることを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項７】
請求項１に記載のディジタルカメラにおいて、前記階調変換手段は、画像データのそれぞれの色データの色変換量をあらかじめ演算した複数の３次元ルックアップテーブルを含み、前記ラチチュード切替手段は、前記標準ラチチュード撮影および前記広ラチチュード撮影のそれぞれの撮影に応じて前記複数の３次元ルックアップテーブルのうちいずれかの３次元ルックアップテーブルに切り替えることを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項８】
請求項１に記載のディジタルカメラにおいて、該カメラは、被写界に応じて前記露光量調整手段を適性値に設定する自動露出機能と、前記露光量調整手段の設定を手動にて操作するマニュアル露出機能とを有し、前記ラチチュード切替手段は、自動露出の場合に前記広ラチチュード撮影に切り替え、マニュアル露出の場合に前記標準ラチチュード撮影に切り替えることを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項９】
請求項８に記載のディジタルカメラにおいて、前記自動露出機能は、プログラム線図に基づいて絞り量およびシャッタ速度を適正値に設定するプログラム露出機能と、絞り量を固定にしてシャッタ速度を適性値に設定する絞り優先露出機能と、シャッタ速度を固定にして絞り量を適正値に設定するシャッタ速度優先露出機能とを含むことを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項１０】
請求項８に記載のディジタルカメラにおいて、該カメラは、設定される露出値をさらに所定の範囲にて所定の値ずつ補正する露出補正機能を含むことを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項１１】
請求項１に記載のディジタルカメラにおいて、該カメラは、前記標準ラチチュード撮影と前記広ラチチュード撮影とを外部操作により選択する選択手段を含み、前記ラチチュード切替手段は、前記選択手段の選択に従って前記標準ラチチュード撮影と前記広ラチチュード撮影とを切り替えることを特徴とするディジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタルカメラに係り、たとえば、撮影状況に応じて自動露出機能とマニュアル露出機能とを使い分けて撮影するディジタルカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、自動露出(AE)機能を有するディジタルカメラでは、被写体の明るさを測光回路などにて検出して、その明るさに応じた適正な絞り値および適正なシャッタ速度を設定して、つまり適正露出に設定して撮影する。その適正値の範囲は、カメラのラチチュード（露出寛容度）に依存しており、所望の被写体に対して適正露出を設定した場合であっても、被写界にラチチュード範囲外の部分があればその部分に対してオーバー露出となって、撮影画像に白飛びが発生したり、あるいはアンダー露出となって黒潰れが生じてしまう場合があった。
【０００３】
従来、上記のような撮影状況に対応した電子カメラあるいは画像入力装置として、たとえば、特開平6-141232号公報または特開平5-30424 号公報などに記載のものが提案されている。
【０００４】
前者の公報に記載の電子カメラは、基本的には、被写界像がストロボ発光による露出条件にてラチチュード範囲内であるか否かを検出してストロボの動作を許可または禁止するものであり、測光および調光用のAE/EF センサと、その測光値が撮像素子(CCD) の露光条件に対してラチチュード範囲内であるか否かを判別する外光レベル判別回路と、その判別結果に基づいてストロボ発光を許可あるいは禁止する制御回路と、その結果に基づいて露出値を所定の値マイナスまたはプラス補正するインスタント露出補正機能とを含むものであった。
【０００５】
特に、このカメラでは、背景が後ろヌケとなるような被写界における主要被写体を閃光撮影する場合に、インスタント露出補正機能がオンとなっていると、露出値をマイナス補正して、さらにストロボ発光時間を短くすることにより、主要被写体がオーバー露出となることを防止していた。
【０００６】
後者の公報に記載の画像入力装置は、一つの被写界を撮影する場合に電子シャッタ機能によりシャッタ時間を変えて２回露光する撮像素子(CCD) と、その結果の露光時間の長い第１の画像信号を蓄積する第１のフレームメモリと、露光時間の短い第２の画像信号を蓄積する第２のフレームメモリと、それらの画像信号を合成して１枚の画像の画像信号を生成する信号合成器とを含むものであった。
【０００７】
この場合、露光時間の長い第１の画像信号から低輝度領域の画像信号を得て、それより高輝度となる部分の画像信号を露光時間の短い第２の画像信号から得て、これを所定の値、たとえば露光時間の比に相当する分増幅し、これら画像信号を合成することにより、１つの画像を表わす画像信号を得ていた。これにより、広ダイナミックレンジの合成画像信号を得て、低輝度部分の黒潰れ、および高輝度部分の白飛びを防止した撮影画像を得るものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、たとえば前者の電子カメラでは、マイナス補正とストロボ調光とを使用して露光量を変化させているが、カメラ自体のラチチュードは変わらないので、ストロボを使用しない外光レベルにてラチチュード範囲外の部分を含む被写界を撮像した場合では白飛びまたは黒潰れが生じる場合があるという問題があった。つまり、前者のものは、ストロボが使用できない被写界では、自動露出とした場合にやはりオーバー露出を防止できないという課題があった。
【０００９】
また、後者の画像入力装置では、シャッタ時間を変えて露光量の異なる２枚の画像信号を合成するので、その合成部分あるいは全体のバランスに不具合が生じる場合があるという問題があった。たとえば、動きのある被写体では、２回の露光およびシャッタ時間の差により画像に位置ずれが生じる場合があった。
【００１０】
そこで、たとえば蓄積電荷量の多い撮像素子を用いて、１回の露光にて広ダイナミックレンジの画像信号を得ることが考えられるが、たとえば、被写体の輝度分布が比較的狭くライティングされているスタジオ撮影などでは、下位レンジなどにデータ量が偏ってS/N 等が悪くなるなどの問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決して、オーバー露出が生じそうな輝度分布が広い被写界の撮影、またはS/N を重視したスタジオ撮影などの輝度分布が狭い被写界の撮影など撮影状況に応じて被写界を的確に撮影することができるディジタルカメラを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるディジタルカメラは、上述した課題を解決するために、所望の被写界像を撮像してその画像を表わす画像信号をディジタルの画像データとして出力するディジタルカメラにおいて、被写界像が結像されてその露光量に応じた画像信号を出力する撮像素子と、撮像素子の露光量を調整する露光量調整手段と、撮像手段からの画像信号をディジタルの画像データに変換するディジタル変換手段と、画像データに所定の信号処理を施す信号処理手段であって、少なくとも画像データに階調変換を施す階調変換手段を含む信号処理手段と、少なくとも露光量調整手段および信号処理手段の階調変換手段を制御して標準ラチチュード撮影と広ラチチュード撮影とに切り替えるラチチュード切替手段であって、広ラチチュード撮影の際に、露光量調整手段を標準ラチチュード撮影の場合の露光量より所定の値低く設定し、階調変換手段の階調変換特性を標準ラチチュード撮影の際よりも高く設定するラチチュード切替手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
この場合、露光量調整手段は、撮像素子への単位時間当たりの露光量を絞り調整によって複数段階に調整する絞り量調整手段と、撮像素子の露光時間をシャッタ速度によって複数段階に調整するシャッタ速度調整手段とを含み、ラチチュード切替手段は、撮像素子の露光量を標準ラチチュード撮影の場合より低く設定するとよい。
【００１４】
この場合さらに、露光量調整手段は、広ラチチュード撮影の際に、絞り量調整手段の絞り量を標準ラチチュード撮影の場合の絞り量より多く設定するとよい。
【００１５】
また、露光量調整手段は、広ラチチュード撮影の際に、シャッタ速度調整手段のシャッタ速度を標準ラチチュード撮影の場合のシャッタ速度より速く設定するとよい。
【００１６】
また、階調変換手段は、低輝度領域から高輝度領域にわたって、再生表示系に応じた階調変換特性を有する標準ラチチュード撮影の第１の階調変換テーブルと、その階調変換特性に対して低輝度領域の傾きが大となり、高輝度領域の傾きが小となる階調変換特性を有する広ラチチュード撮影の第２の階調変換テーブルとを有し、ラチチュード切替手段は、それぞれのラチチュード撮影に応じて第１および第２の階調変換テーブルを切り替えるとよい。
【００１７】
さらに、信号処理手段は、階調変換手段での階調変換特性に応じて画像データに色補正処理を施す色処理手段を含み、ラチチュード切替手段は、標準ラチチュード撮影と広ラチチュード撮影の切替に際して色処理手段での色補正パラメータを切り替えるとよい。
【００１８】
この場合、色処理手段は、画像データのそれぞれの色データに色再現係数を乗じて色補正を施すマトリクス演算手段を含み、ラチチュード切替手段は、それぞれのラチチュード撮影に際してマトリクス演算手段の色再現係数を切り替えるとよい。
【００１９】
また、色処理手段は、画像データのそれぞれの色データのレベル差を補正して色補正する色差ゲイン処理手段を含み、ラチチュード切替手段は、それぞれのラチチュード撮影に際して色差ゲイン手段での補正量を切り替えるとよい。
【００２０】
また、色処理手段は、画像データのそれぞれの色データの色変換量をあらかじめ演算した複数の３次元ルックアップテーブルを含み、ラチチュード切替手段は、それぞれのラチチュード撮影に際して３次元ルックアップテーブルを切り替えるとよい。
【００２１】
さらに、信号処理手段は、３原色の色データを輝度および色差にて表わす画像データに変換するYC変換手段を含み、色処理手段は、階調変換前の３原色の色データについて色補正する第１の色処理手段と、階調変換後の輝度および色差にて表わす画像データについて色補正する第２の色処理手段とを含み、ラチチュード切替手段は、それぞれのラチチュード撮影の切替に際して第１および第２の色処理手段での色補正パラメータをそれぞれ切り替えるとよい。
【００２２】
また、ディジタルカメラは、被写界に応じて露光量調整手段を適性値に設定する自動露出機能と、露光量調整手段の設定を手動にて操作するマニュアル露出機能とを有し、ラチチュード切替手段は、自動露出の場合に広ラチチュード撮影に切り替え、マニュアル露出の場合に標準ラチチュード撮影に切り替えるとよい。
【００２３】
この場合、自動露出機能は、プログラム線図に基づいて絞り量およびシャッタ速度を適正値に設定するプログラム露出機能と、絞り量を固定にしてシャッタ速度を適性値に設定する絞り優先露出機能と、シャッタ速度を固定にして絞り量を適正値に設定するシャッタ速度優先露出機能とを含むと有利である。
【００２４】
また、本発明によるディジタルカメラは、設定された露出値をさらに所定の範囲にて所定の値づつ補正する露出補正機能を含むとよい。
【００２５】
また、本発明によるディジタルカメラは、標準ラチチュード撮影と広ラチチュード撮影とを外部操作により選択する選択手段を含み、ラチチュード切替手段は、選択手段の選択結果に従って標準ラチチュード撮影と広ラチチュード撮影とを切り替えるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明によるディジタルカメラの実施例を詳細に説明する。図１には、本発明によるディジタルカメラの一実施例が示されている。本実施例では、被写体に応じて適正露出を設定する自動露出機能と、マニュアル操作により露出を設定するマニュアル撮影機能とを有するディジタルスチルカメラについて適用した場合を例に挙げて説明する。特に、本実施例によるディジタルカメラは、マニュアル露出撮影の場合に、たとえば被写体反射率100 ％までの被写界像を飽和せずに撮影可能な標準ラチチュード撮影機能を有し、また、自動露出撮影の場合に、たとえば被写体反射率200 ％または400 ％までの被写界像を、それぞれ飽和せずに撮影可能な２倍または４倍ラチチュード撮像処理を行う広ラチチュード撮影機能を有する点が主な特徴点である。
【００２７】
詳細には、本実施例によるディジタルカメラは、図１に示すように、光学系10と、撮像系20と、信号処理系30と、記録系40と、駆動制御系50とを含む。光学系10は、所望の被写体像を撮像系20に入射する光入射機構であり、本実施例ではレンズ102 と、絞り104 と、シャッタ106 とを含む。レンズ102 は、図示しない鏡筒のほぼ前面に配設された光学レンズであり、有利には、赤外カットフィルタおよび光学ローパスフィルタなどを含み、可視光にて雑音の少ない光学レンズが適用されている。絞り104 は、光学レンズ102 を介して入射する被写界像の光量を調節する光量調整機構であり、たとえば、F1.4,F2.0,F2.8...F22に複数段階にて絞り量を設定可能な絞り機構である。シャッタ106 は、光学レンズ102 および絞り104 を介して入射する被写界像の露光時間を調節する露光時間調整機構であり、たとえば、1/4 〜1/1000秒など段階的あるいは連続的にシャッタ速度を設定可能なメカニカルシャッタ機構である。
【００２８】
一方、撮像系20は、光学系10を介して入射する被写界像を撮像して電気的に処理可能な画像データに変換する撮像処理部であり、本実施例では、撮像素子202 と、増幅器204 と、アナログ・ディジタル変換器(A/D) 206 とを含む。撮像素子202 は、光学系10を介して入射する被写界像を露光して、その露光量に応じた画像信号を生成する光電変換素子であり、本実施例では、CCD(Charge Coupled Device)などの固体撮像素子が有利に適用される。撮像素子202 の撮像面には、所定の色配列の原色または補色の色フィルタが付設されて、本実施例ではたとえば、それぞれの画素毎にRGB の画像信号が出力される。増幅器204 は、撮像素子202 からの画像信号を増幅する増幅回路である。アナログ・ディジタル変換器206 は、増幅器204 からの画素毎の信号値をディジタル値にそれぞれ変換する変換回路であり、本実施例では、それぞれの画素毎にたとえば10ビットのディジタルデータに変換する。撮像系20にて撮像した被写界像を表わす画像データは信号処理系20に供給される。
【００２９】
信号処理系30は、撮像系20からの画像データを表示装置あるいは印刷装置などの再生系にて再生可能なデータに変換するデータ変換回路であり、本実施例ではホワイトバランス(AWB) 回路302 と、リニアマトリクス回路304 と、ガンマ変換回路306 と、YC変換回路308 と、YCマトリクス回路310 とを含む。ホワイトバランス回路302 は、それぞれの画素毎の色データを所定の光源の色温度に応じた値に補正する色補正回路である。
【００３０】
リニアマトリクス回路304 は、ホワイトバランス回路302 からの画像データにさらに再生系にて再生可能な色再現係数を乗じて、画像データを色補正する色処理回路であり、特に、本実施例では、標準ラチチュード撮影と、２倍または４倍の広ラチチュード撮影とに応じて、それぞれ同様の色再現とするための複数の色再現係数(Aij),(Bij),(Cij) が係数記憶回路322 に用意されている。たとえば、入力画像データを(r,g,b) として、再現される出力画像データを(R,G,B) とすると、標準ラチチュード撮影では、次式(1) に示すように、係数(Aij) が選択されて、マトリクス演算処理が施される。
【００３１】
【数１】
0003967510.tif 000002
同様に、２倍ラチチュード撮影の場合に係数(Bij）が選択され、４倍ラチチュード撮影の場合に係数(Cij) がそれぞれ選択されて、マトリクス演算される。本実施例では、マトリクス演算処理は、入力画像データ(r,g,b）を正規化した形式にて処理し、その演算結果の出力画像データ(R,G,B) には"255" が乗算されて、８ビットの画像データとしてガンマ変換回路306 に供給される。
【００３２】
ガンマ変換回路306 は、リニアマトリクス回路304 からの画像データを、表示装置や印刷装置等の再生表示系の階調特性に応じて階調補正する階調変換回路であり、本実施例では、たとえば図４に示すように、広ラチチュード撮影および標準ラチチュード撮影に応じたガンマ変換曲線γ1,γ2,γ3 にて求められた複数のガンマ補正テーブルがガンマ変換テーブル324 に用意されている。標準ラチチュード撮影のガンマ変換曲線γ1 は、８ビットにて表わされる画像データの入力階調値をIN、出力階調値をOUT とすると、たとえば、ITU-R 勧告BT709-2 の光電変換規定に準拠した次式(2),(3) にて表わされる。
【００３３】
【数２】
OUT={1.099×(IN/255)0.45−0.099}×255     (IN/255 ≧0.018)  ・・・(2)
OUT=4.5 ×IN                              (IN/255 ＜0.018)  ・・・(3)
２倍ラチチュード撮影のガンマ変換曲線γ2 は、標準ラチチュード撮影時のガンマ変換曲線γ1 に対して低輝度領域にて傾きが大となり、高輝度領域にて傾きが小となる次式(4) 〜(6) にて表わされる。
【００３４】
【数３】
0003967510.tif 000003
４倍ラチチュード撮影のガンマ変換曲線γ3 は、さらに２倍ラチチュード撮影のガンマ変換曲線γ2 より低輝度領域の傾きが大となり、高輝度領域の傾きが小となる次式(7) 〜(9) にて表わされる。
【００３５】
【数４】
0003967510.tif 000004
図１に戻って、YC変換回路308 は、RGB の画像データを輝度(Y) および色差(Cr,Cb) にて表わされるYCデータに変換する変換回路であり、変換したYCデータはYCマトリクス回路310 に供給される。YCマトリクス回路310 は、YCrCb の画像データをYC系にて色再現可能に色補正する色処理回路であり、リニアマトリクス回路304 と同様にラチチュード切替による色再現変化を最小にするために、所定の色再現係数をYCrCb データに乗算する。本実施例では、標準ラチチュード撮影ならびに２倍および４倍の広ラチチュード撮影に応じたそれぞれ色再現係数(Kij,Lij,Mij) が係数記憶回路326 に用意されて、標準ラチチュード撮影の際に係数(Kij) が選択され、２倍ラチチュード撮影の際に(Lij) が選択され、４倍ラチチュード撮影の際に係数(Mij) が選択される。色処理されたYCの画像データは、記録系40に供給される。
【００３６】
記録系40は、信号処理系30にて色処理された画像データをメモリカードなどの記録媒体に記録する記録処理部であり、本実施例では、圧縮回路402 と、記録媒体制御回路404 とを含む。圧縮回路402 は、画像データを所定の圧縮方式にて高能率符号化する符号化回路であり、本実施例では、たとえばJPEG(Joint Photographic Experts Group)などの圧縮方式にて圧縮する。記録媒体制御回路404 は、カメラ本体に取り外し自在に装着されたメモリカードなどの記録媒体を制御して圧縮回路402 からの画像データを順次書き込む媒体制御回路である。
【００３７】
他方、駆動制御系50は、光学系10、撮像系20、信号処理系30および記録系40の各部をそれぞれ駆動および制御して一連の撮影動作を実行させる撮影制御部であり、特に本実施例では、自動露出時の広ラチチュード撮影と、マニュアル撮影時の標準ラチチュード撮影とを切り替えて撮影するラチチュード切替制御機能を含む。たとえば、本実施例の駆動制御系50は、露光量制御回路502 と、CCD 駆動回路504 と、測光回路506 と、主制御回路508 とを有する。
【００３８】
露光量制御回路502 は、主制御回路508 の制御の下に自動露出時の絞り104 の設定およびシャッタ106 の開閉動作を制御して撮像素子202 への露光量を制御する露光量制御部であり、特に、本実施例では、完全自動露出、絞り優先露出およびシャッタ優先露出のそれぞれの場合にて２倍または４倍の広ラチチュード撮影についてそれぞれ露光量を制御する。たとえば、完全自動露出にて４倍ラチチュード撮影の際には、標準ラチチュード撮影の場合の適正絞り値から１段階低い絞り値を絞り104 に設定し、かつ標準ラチチュード撮影の場合の適正シャッタ速度よりも１段階速いシャッタ速度にてシャッタ104 を駆動する。完全自動露出にて２倍の広ラチチュード撮影の際には、標準ラチチュード撮影の場合の適正絞り値から１段階低い絞り値を絞り104 に設定し、標準ラチチュード撮影の場合の適正シャッタ速度と同様のシャッタ速度にてシャッタ106 を駆動する。
【００３９】
また、シャッタ優先露出の際は、４倍ラチチュード撮影にて標準ラチチュード撮影の場合の適正絞り値から２段階低い絞り値を絞り104 に設定して、２倍ラチチュード撮影にて標準ラチチュード撮影の場合の適正絞り値から１段階低い絞り値を絞り104 に設定して、それぞれあらかじめ設定されたシャッタ速度にてシャッタ106 を駆動する。さらに、絞り優先露出の場合には、あらかじめ設定された絞り値にて、２倍の広ラチチュード撮影の際に標準ラチチュードの場合の適正シャッタ速度から１段階速いシャッタ速度にてシャッタ106 を駆動して、または４倍ラチチュード撮影の際に２段階速いシャッタ速度にてシャッタ106 をそれぞれ駆動する。
【００４０】
一方、CCD 駆動回路504 は、主制御回路508 の制御の下に撮像素子202 を所定のタイミングにて駆動する駆動回路であり、本実施例では不要電荷掃出の際の複数のシフトパルスと、電荷読出しおよびその転送の際の複数のシフトパルスなどを生成する複数の信号生成回路を含む。
【００４１】
測光回路506 は、主制御回路508 の制御の下に、自動露出の際に被写界の輝度値を求める回路であり、たとえば、レリーズボタン半押し状態にて駆動されて撮像系20からの画像データにて表わされる画像を所定の分割数にて分割して測光するマルチパターンの測光方式などが有利に適用される。測光結果は、主制御回路508 に供給される。
【００４２】
主制御回路508 は、露光量制御回路502 、CCD 駆動回路504 、測光回路506 および信号処理系30ならびに記録系40にそれぞれ制御信号を送出して各部を制御するシステムコントローラであり、本実施例では、操作部60に配置される操作ボタンなどの操作設定に基づいて自動露出とマニュアル露出との切替ならびに自動露出での２倍および４倍の広ラチチュード撮影の切替をして、レリーズボタンなどの操作により一連の撮影動作を制御する制御回路である。
【００４３】
特に、本実施例では、自動露出とマニュアル露出との切替に応じて係数記憶回路322 、ガンマ変換テーブル324 および係数記憶回路 326のそれぞれの係数およびテーブルの切り替え、自動露出時の測光による適正露出値の選択により、標準ラチチュード撮影と広ラチチュード撮影とを切り替えるラチチュード切替制御を司る。たとえば、本実施例の主制御回路508 は、標準ラチチュード撮影の場合の適正絞り値およびシャッタ速度を測光値に基づいて決定するプログラム線図を有し、自動露出撮影の場合にその結果と２倍または４倍の広ラチチュード撮影の区別を露光量制御回路502 に供給して、露出を決定する。さらにレリーズボタンの操作を検出して、その結果を露光量制御回路502 およびCCD 駆動回路504 に供給し、一連の撮影動作を制御する。
【００４４】
次に、本実施例によるディジタルカメラの動作を説明すると、まず、操作者は撮影状況に応じて自動露出撮影またはマニュアル撮影を選択する。自動露出撮影の場合は、完全自動露出、絞り優先露出またはシャッタ優先露出のいずれかを選択し、さらに２倍または４倍ラチチュード撮影のいずれかを選択する。
【００４５】
たとえば、逆光などのシーンにて、完全自動露出にて４倍ラチチュード撮影を選択すると、主制御回路508 は、その操作を検出して、まず、信号処理系30を４倍ラチチュード撮影に応じた処理系に設定する。つまり、リニアマトリクス回路304 に係数記憶回路322 からの係数(Cij）を設定して、ガンマ変換回路306 にガンマ変換テーブル324 からのガンマ変換曲線γ3 により求めたテーブルを設定し、さらにYCマトリクス回路310 に係数記憶回路326 からの係数(Mij）をそれぞれ設定する。
【００４６】
次いで、操作者が被写界にカメラを向けて、たとえばレリーズボタンを半押し状態にすると、主制御回路508 は露光量制御回路502 およびCCD 駆動回路504 ならびに測光回路506 を起動して、被写界を測光する。測光回路506 から測光結果を受けた主制御回路508 は、プログラム線図に基づいて標準ラチチュード撮影の際の適正絞り値およびシャッタ速度を求め、その結果とともに４倍ラチチュード撮影であることを指示する制御信号を露光量制御回路502 に送出する。これにより、露光量制御回路502 では、絞り104 を標準ラチチュード撮影の場合の適正絞り値から１段階低い絞り値に設定して、さらにシャッタ速度を標準ラチチュード撮影の場合の適正値から１段階速いシャッタ速度に設定する。たとえば、標準ラチチュード撮影の場合の適正露出値が(F5.6,1/250sec) であるとすると、４倍ラチチュード撮影ではその露出値が(F8,1/500sec) に設定される。
【００４７】
この結果、撮像素子202 への露光量が、たとえば、図２に示すように、標準ラチチュード設定の適正露出にて被写体反射率100 ％を最高レベルとしていたものが、絞り値およびシャッタ速度をそれぞれ１段階低くすることにより、2EV 露出を下げた状態となり、たとえば図３に示すように、被写体反射率400 ％を最高レベルとする撮影状態となる。
【００４８】
この状態にて、操作者がレリーズボタンを全押しすると、主制御回路508 はその押下を検出して、CCD 駆動回路504 を駆動して撮像素子202 の不要電荷を掃出させ、露光量制御回路502 に露光開始を指示する。これにより、撮像素子202 にて撮像が開始されて、設定したシャッタ時間が経過すると、露光量制御回路502 はシャッタ106 を閉駆動して、露光が終了する。露光が終わると、CCD 駆動回路504 から撮像素子202 に読出しパルスが供給されて、撮像素子202 から蓄積電荷が読み出される。読み出された蓄積電荷に応じたそれぞれの画素の画像信号は、増幅器204 にて増幅されて、さらにアナログ・ディジタル変換器206 にてディジタルデータに変換される。
【００４９】
次に、ディジタルデータに変換された画像データは、信号処理系30のホワイトバランス回路302 にてホワイトバランスの色補正が施されて、さらにリニアマトリクス回路304 にて４倍ラチチュードの色再現係数(Cij）にてマトリクス演算処理が施される。次いで、ガンマ変換回路306 にて図４に示すガンマ変換曲線γ3 により求められたガンマ補正テーブルにて階調変換が施される。これにより、被写体反射率400 ％までの被写界像は、被写体反射率100 ％までに相当する入力階調値"50"付近までの主要被写体の階調値が高められて、黒潰れすることなく適切な階調値が得られ、その値を越える、たとえば逆光となる高輝度領域の部分が白飛びすることなく、輝度範囲が狭められたハイライト値として得られる。
【００５０】
次に、ガンマ変換された画像データは、YC変換回路308 にてRGB データからYCrCb データに変換されて、さらにYCマトリクス回路310 にて４倍ラチチュード撮影の係数(Mij）にて色処理されて、記録系40に供給される。記録系40では、撮影結果のYCデータを圧縮回路402 にて圧縮処理して、その結果の画像データを記録媒体制御回路404 からメモリカードなどの記録媒体に所定のファイルとして記録する。
【００５１】
以降、上記と同様に完全自動露出にて４倍ラチチュード撮影の場合は、露光量制御回路502 にて絞り値およびシャッタ速度を標準ラチチュード撮影の場合の適正値からそれぞれ１段階づつ低くして撮像し、その結果の画像信号をディジタルデータに変換した画像データが信号処理系30にてそれぞれ４倍ラチチュードの係数およびガンマ補正テーブルにて色処理およびガンマ変換されて、記録系40からメモリカードに記録される。
【００５２】
同様に、逆光などのシーンにて、絞りを優先して４倍ラチチュード撮影を行なう場合は、絞りを所望の値に設定すると、露光量制御回路502 にてシャッタ速度を標準ラチチュード撮影の場合の適正値から２段階低くして撮像し、その結果を信号処理系30にて上記と同様に４倍ラチチュードの係数およびガンマ変換により処理して、その結果をメモリカードに記録する。また、さらに動きのあるようなシーンにおいて、シャッタ速度優先にて４倍ラチチュード撮影する場合は、シャッタ速度を所望の値に設定すると、露光量制御回路502 にて絞り値を標準ラチチュード撮影の場合の適正値から２段階低くして撮像し、以下同様に４倍ラチチュードの係数およびガンマ変換にて信号処理が実行されて、その結果が記録される。
【００５３】
次に、たとえば、逆光シーンほどではないが、背景が明るい場所にて撮影するような場合に、完全自動露出にて２倍ラチチュード撮影を設定すると、主制御回路508 は、リニアマトリクス回路304 に係数記憶回路322 からの係数(Bij）を設定して、ガンマ変換回路306 にガンマ変換テーブル324 からのガンマ変換曲線γ2 により求めたテーブルを設定し、さらにYCマトリクス回路310 に係数記憶回路326 からの係数(Lij）をそれぞれ設定して、信号処理系30を２倍ラチチュード撮影の処理系に設定する。
【００５４】
次いで、上記と同様に、操作者が被写界にカメラを向けて、レリーズボタンを半押し状態にすると、主制御回路508 は上記と同様に、測光回路506 から測光結果を受けてプログラム線図に基づいて標準ラチチュード撮影の際の適正絞り値およびシャッタ速度を求め、その結果とともに２倍ラチチュード撮影であることを指示する制御信号を露光量制御回路502 に送出する。
【００５５】
これにより、露光量制御回路502 では、絞り104 を標準ラチチュード撮影の場合の適正絞り値から１段階低い絞り値に設定して、さらにシャッタ速度を標準ラチチュード撮影の場合の適正値と同様のシャッタ速度に設定する。たとえば、標準ラチチュード撮影の場合の適正露出値が(F5.6,1/250sec) であるとすると、２倍ラチチュード撮影ではその露出値が(F8,1/250sec) に設定される。この結果、撮像素子202 への露光量が絞り値を１段階低くすることにより、1EV 露出を下げた状態となり、被写体反射率200 ％を最高レベルとする撮影状態となる。
【００５６】
この状態にて、操作者がレリーズボタンを全押しすると、主制御回路508 は上記と同様に、CCD 駆動回路504 および露光量制御回路502 を制御して、被写界を撮像する。撮像結果の画像信号は、上記と同様に増幅器204 にて増幅されて、さらにアナログ・ディジタル変換器206 にてディジタルデータに変換されて、信号処理系30に供給される。
【００５７】
次に、信号処理系30では、撮像系20からの画像データをホワイトバランス回路302 にてホワイトバランスの色補正を施し、さらにリニアマトリクス回路304 にて２倍ラチチュードの係数(Bij）にてマトリクス演算処理を施す。次に、ガンマ変換回路306 にて図４に示すガンマ変換曲線γ2 により求められたガンマ補正テーブルにて階調変換を施す。これにより、被写体反射率200 ％までの被写界像は被写体反射率100 ％までに相当する入力階調値"100" 付近までの主要被写体の階調値が高められて黒潰れすることなく適切な値として得られ、その値を越える高輝度領域の部分が白飛びすることなく、輝度範囲が狭められたハイライト値として得られる。
【００５８】
以下上記と同様に、ガンマ変換された画像データは、YC変換回路308 にてRGB データからYCrCb データに変換されて、さらにYCマトリクス回路310 にて２倍ラチチュード撮影の係数(Lij）にて色処理されて、記録系40に供給される。記録系40では、上記と同様に、撮影結果のYCデータを圧縮回路402 にて圧縮処理して、その結果の画像データを記録媒体制御回路404 からメモリカードなどの記録媒体に所定のファイルとして記録する。
【００５９】
以降、上記と同様に完全自動露出にて２倍ラチチュード撮影の場合は、露光量制御回路502 にてシャッタ速度を標準ラチチュード撮影の場合の適正値と同様の値として、絞り値のみを標準ラチチュード撮影の場合の適正値から１段階低くして撮像し、その結果の画像信号をディジタルデータに変換した画像データが信号処理系30にてそれぞれ２倍ラチチュードの係数にて色処理およびガンマ変換されて、記録系40からメモリカードに記録される。
【００６０】
同様のシーンにて、絞り優先にて２倍ラチチュード撮影を行なう場合は、絞りを所望の値に設定すると、露光量制御回路502 にてシャッタ速度を標準ラチチュード撮影の場合の適正値から１段階低くして撮像し、その結果を信号処理系30にて上記と同様に２倍ラチチュードの係数およびガンマ変換により処理して、その結果をメモリカードに記録する。また、さらに動きのあるようなシーンにおいて、シャッタ速度優先にて２倍ラチチュード撮影する場合は、シャッタ速度を所望の値に設定すると、露光量制御回路502 にて絞り値を標準ラチチュード撮影の場合の適正値から１段階低くして撮像し、以下上記と同様に２倍ラチチュードの係数およびガンマ変換にて信号処理が実行されて、その結果が記録される。
【００６１】
一方、スタジオ撮影などのように輝度分布が比較的狭い場合には、マニュアル露出に切り替えると、主制御回路508 は、リニアマトリクス回路304 に係数記憶回路322 からの係数(Aij）を設定し、ガンマ変換回路306 にガンマ変換テーブル324 からのガンマ変換曲線γ1 により求めたテーブルを設定し、さらにYCマトリクス回路310 に係数記憶回路326 からの係数(Kij）をそれぞれ設定して、信号処理系30を標準ラチチュード撮影の処理系に設定する。
【００６２】
この状態にて、操作者は、所望の絞り値およびシャッタ速度を設定して、通常撮影と同様に、標準ラチチュード撮影を行なう。その結果の画像データは、信号処理系30にてホワイトバランスがとられ、また標準ラチチュードの係数(Aij）にてマトリクス演算処理が施されて、さらに図４に示すガンマ変換曲線γ１により求められたガンマ補正テーブルにて階調変換が施される。ガンマ変換された画像データは、以下同様に、RGB データからY,Cr,Cb データに変換されて、さらにYCマトリクス回路310 にて標準ラチチュード撮影の係数(Kij）にて色処理されて、記録系40に供給されてメモリカードなどの記録媒体に所定のファイルとして記録される。
【００６３】
以降、マニュアル撮影の場合は、操作者が所望の絞りおよびシャッタ速度を設定して、被写体反射率100 ％を最高レベルとした標準ラチチュード撮影を実行することができる。
【００６４】
以上のように本実施例のディジタルカメラによれば、自動露出とマニュアル露出とで、広ラチチュード撮影と標準ラチチュード撮影とを切り替えるように構成したので、逆光などのシーンでは自動露出に切り替えることにより、被写界の輝度分布に応じた広ラチチュード撮影を実行することができる。また、スタジオ撮影などの輝度分布の狭いシーンでは、マニュアル撮影とすることにより、S/N 比を重視した標準ラチチュード撮影を実行することができる。さらに、本実施例では自動露出時に２倍または４倍ラチチュード撮影を切り替えることができるので、さらに撮影状況に応じた適切な撮影画像を得ることができる。この場合、完全自動露出、絞り優先露出またはシャッタ優先露出を切り替えることができるので、広ラチチュードでの標準的な撮影、明暗を重視した撮影、さらに動きのある撮影など、またさらに撮影状況に応じた適切な撮影画像を得ることができる。
【００６５】
なお、上記実施例においては、自動露出の場合に広ラチチュード撮影として、マニュアル露出の場合に標準ラチチュード撮影に切り替えるように構成したが、本発明においては、たとえば広ラチチュード撮影と標準ラチチュードの切替スイッチを別に設けたり、設定画面にて選択したりすることにより、自動露出の場合にも標準ラチチュード撮影を可能とし、マニュアル撮影の場合にも広ラチチュード撮影を可能とするようにしてもよい。
【００６６】
また、上記実施例においては、広ラチチュード撮影の場合に、２倍および４倍の２つの広ラチチュード撮影を選択するように構成したが、本発明においては、さらに1.5 倍または３倍あるいは５倍など複数の倍率の広ラチチュード撮影を設定するように構成してもよく、さらに標準ラチチュード以下の低倍率のラチチュードを設定する場合も本発明に含まれることはもちろんである。
【００６７】
また、上記実施例においては、リニアマトリクス回路304 およびYCマトリクス回路310 にて色再現係数を用いてマトリクス演算により画像データを色処理する構成であったが、本発明においては、画像データのそれぞれの色データのレベル差を補正して色処理する色差ゲイン処理、または画像データのそれぞれの色データの色変換量をあらかじめ演算した３次元ルックアップテーブルを用いて色再現処理を施すようにしてもよい。この場合、色差ゲイン処理での補正係数または３次元ルックアップテーブルは、それぞれ標準ラチチュードおよび広ラチチュード撮影に応じて切り替えることはもちろんである。
【００６８】
また、上記実施例においては、シャッタ106 を備えてシャッタ速度を調整するように構成したが、本発明においては、撮像素子の電子シャッタ機能によりシャッタ速度を複数段階または連続的に切り替えるようにしてもよく、また、それらを組み合わせて用いてもよい。
【００６９】
さらに、上記実施例においては、自動露出にて設定した露出またはマニュアルにて設定した露出にて撮影するように構成したが、本発明においては、さらに設定した露出を外部操作などにより所定の値づつプラス補正およびマイナス補正する露出補正機能を備えるようにしてもよい。この場合、広ラチチュード撮影と標準ラチチュード撮影とを任意に切替え可能とすると、さらに有利である。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明のディジタルカメラによれば、たとえば逆光などで、白飛びおよび黒潰れが生じそうな輝度範囲の広い被写界像を撮影する場合は、広ラチチュード撮影として、オーバー露出となることを防止することができる。スタジオ撮影などの輝度範囲の狭い被写界像を撮影する場合は、標準ラチチュード撮影として、S/N の高い撮影をすることができるなどの優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるディジタルカメラの一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】被写体反射率100 ％までの被写界を撮像した際における撮像素子の電荷生成量の一例を示す図である。
【図３】被写体反射率400 ％までの被写界を撮像した際における撮像素子の電荷生成量の一例を示す図である。
【図４】図１の実施例によるディジタルカメラのγ変換特性例を示す図である。
【符号の説明】
10  光学系
20  撮像系
30  信号処理系
40  記録系
50  駆動制御系
104   絞り
106   シャッタ
202   撮像素子 (CCD)
304   リニアマトリクス回路
306   ガンマ変換回路
310   YCマトリクス回路
322,326   係数記憶回路
324   ガンマ変換テーブル
502   露光量制御回路
506   測光回路
508   主制御回路
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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