撮像装置および撮像方法
【課題】ホワイトバランス処理において信号飽和が防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる撮像技術を提供する。
【解決手段】撮像装置は、画像信号のＳＮ比を向上させるため、Ｒ（赤）、Ｂ（青）が高感度に設定される撮像センサを有している。２８５０Ｋの光源下では、撮像センサにおけるＲチャンネル（Ｒｃｈ）の信号レベルが大きくなるため、ＡＥ制御により全（ＲＧＢ）チャンネルの撮像動作点を下げる。これにより、Ｒｃｈではホワイトバランス処理においてゲインダウンが生じないこととなる。同様に、１００００Ｋの光源下でも、撮像センサにおけるＢｃｈの信号レベルが大きくなるため、ＡＥ制御により全（ＲＧＢ）チャンネルの撮像動作点を下げる。その結果、ホワイトバランス処理において信号飽和が防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる。
【解決手段】撮像装置は、画像信号のＳＮ比を向上させるため、Ｒ（赤）、Ｂ（青）が高感度に設定される撮像センサを有している。２８５０Ｋの光源下では、撮像センサにおけるＲチャンネル（Ｒｃｈ）の信号レベルが大きくなるため、ＡＥ制御により全（ＲＧＢ）チャンネルの撮像動作点を下げる。これにより、Ｒｃｈではホワイトバランス処理においてゲインダウンが生じないこととなる。同様に、１００００Ｋの光源下でも、撮像センサにおけるＢｃｈの信号レベルが大きくなるため、ＡＥ制御により全（ＲＧＢ）チャンネルの撮像動作点を下げる。その結果、ホワイトバランス処理において信号飽和が防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段を利用する撮像技術に関する。
【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】
特に色に関しては、デジタルカメラの場合、色温度２８５０Ｋ〜１００００Ｋ程度の照明光源に対応する必要があり、ＲＧＢのホワイトバランス補正用の増幅率が各光源で大きく異なる。例えば図１０に示すように、色温度２８５０Ｋの光源下や色温度１００００Ｋの光源下のように分光が偏った場合には、特定の色チャンネルについてＷＢゲインが高くなるため、画像信号のＳＮ劣化が顕著になる。
【０００４】
そこで、これらの光源を考慮し、画像信号のＳＮ比を向上させる手法として、撮像センサにおけるＲ（赤）やＢ（青）の感度をアップする方法がある。
【０００５】
また、例えば、特許文献１では、撮像センサから出力される信号をＡ／Ｄ変換器に入力する前に各色の信号レベルを調整することにより、ホワイトバランス処理において量子化ノイズに起因する画像劣化を抑える技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３０９３９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の撮像センサの感度をアップする方法では、ＲやＢに対して高感度となっているため、例えば図１１に示すように、２８５０Ｋや１００００Ｋなど分光が偏った光源下において感度アップされたチャンネルで信号飽和が生じ、ハイライト部がクリップされた着色現象Ｑ１、Ｑ２が発生してしまう。
【０００８】
また、特許文献１の技術を応用した場合には、上記の信号飽和が改善されるものの、Ａ／Ｄ変換前に各色信号を取出す回路などが必要で、デジタルカメラの構成が複雑になる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ホワイトバランス処理において信号飽和を防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる撮像技術を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
また、この発明の第２の目的は、そのような利点を持つ撮像装置を複雑な構成を用いずに実現することである。
【００１１】
【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）複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、（ｂ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得手段と、（ｃ）前記ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、前記出力信号の動作点を所定レベルに制御する動作点制御手段と、を備える。
【００１２】
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、（ｄ）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、（ｅ）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、（ｆ）前記デジタル信号を前記複数色の各色ごとに増幅し、画像出力信号を生成するデジタル増幅手段と、をさらに備え、前記画像出力信号の動作点は、前記アナログ増幅手段の増幅率および／または前記デジタル増幅手段の増幅率を変更することで調整される。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る撮像装置において、（ｇ）前記動作点制御手段が能動化される状態と、前記動作点制御手段が不能化される状態とを切替える切替手段、をさらに備える。
【００１４】
また、請求項４の発明は、撮像装置であって、（ａ）複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、（ｂ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得手段と、（ｃ）前記複数色の各色ごとに設定された重み付け係数を各色ごとの出力信号に乗算したものを加算して、輝度信号を生成する信号生成手段と、を備え、前記信号生成手段は、（ｃ−１）前記ホワイトバランス情報に応じて、前記重付け係数を変更する変更手段、を有する。
【００１５】
また、請求項５の発明は、複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と撮像光学系とを備える撮像装置を利用する撮像方法であって、（ａ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得工程と、（ｂ）前記ホワイトバランス情報に応じて、前記撮像光学系に関する分光特性を変更する変更工程と、（ｃ）前記ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、前記出力信号の動作点を所定レベルに制御する制御工程と、を備える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
＜撮像装置の要部構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの機能ブロックを示す図である。
【００１７】
撮像装置１Ａは、デジタルカメラとして構成されており、撮像センサ１１と、撮像センサ１１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。
【００１８】
撮像センサ１１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撮像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１１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。
【００１９】
図２は、撮像センサ１１の分光感度特性を説明するための図である。図２の横軸は波長を示し、縦軸は感度を示している。
【００２０】
撮像センサ１１は、Ｒチャンネル（Ｒｃｈ）の感度ＳＲとＧチャンネル（Ｇｃｈ）の感度ＳＧとＢチャンネル（Ｂｃｈ）の感度ＳＢとからなる分光感度特性を有している。ここで、Ｒｃｈの感度ＳＲおよびＢｃｈの感度ＳＢは、図１０の従来技術の撮像センサが有するＲｃｈの感度ＳＲｃおよびＢｃｈの感度ＳＢｃよりも高感度に設定されている。このように高感度に設定する手法としては、撮像センサ１１の受光部におけるＲ画素およびＢ画素の不純物濃度を高くしたり、撮像センサ１１の赤色、青色フィルターの特性を変更する方法がある。
【００２１】
図１に戻って説明を続ける。
【００２２】
信号処理部２は、ＣＤＳ２１とＡＧＣ２２とＡ／Ｄ変換部２３とを有している。
【００２３】
撮像センサ１１から出力された画像信号はＣＤＳ２１でサンプリングされ撮像センサ１１のノイズを除去した後、ＡＧＣ２２により感度補正が行われる。
【００２４】
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。デジタル化された画像信号は、画像処理部３で所定の画像処理が施された画像ファイルが生成される。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
画像処理部３に入力された画像データは、撮像センサ１１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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（ホワイトバランス情報）に基づいてＲおよびＢの補正ゲインとして制御される。
【００３０】
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。
【００３１】
そして、画像メモリに格納された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。
【００３２】
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。この低解像度画像については、プレビュー時は、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。
【００３３】
カメラ制御部４０は、ＣＰＵおよびメモリを備え、シャッターボタン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。このカメラ操作スイッチ４９への撮影者の操作入力により、被写体像をカラー画像で出力するカラー画像出力モードと、モノクロ画像で出力するモノクロ画像出力モードとを選択できる。
【００３４】
撮像装置１Ａ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１１の電荷蓄積時間に関しては、撮像センサ１１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１１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。
【００３５】
＜ホワイトバランス処理の信号動作点について＞
図３は、ホワイトバランス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１１〜ホワイトバランス制御部３３までの各部の信号の状況を示しており、グラフＤ１〜Ｄ１０は、各部のダイナミツク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〜Ｄ１０中の太線は、被写体中の白色部分に対応する動作点を示している。
【００３６】
撮像センサ１１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のように動作点（太線部）が上昇する。このとき、画像信号は撮像センサ１１からのベイヤー信号で構成されるため、ＲＧＢ一律にゲインがかけられることとなる。
【００３７】
ＡＧＣ２２でゲインがかけられたアナログの画像信号は、ＡＧＣ２２出力のフルレンジに対して、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。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換部２３で生成されたデジタル信号は、ＲＧＢのベイヤー配列で構成される信号並びとなっているため、画素補間部３１で、グラフＤ５〜Ｄ７に示すようにＲＧＢの３チャンネルデータに分離補間する。
【００３９】
画素補間部３１で生成されたＲＧＢ３チャンネルの画像信号は、ＷＢ制御部３３においてＧ信号に対してＲ信号およびＢ信号のレベルを正規化し、グラフＤ８〜Ｄ１０に示すように白被写体に関するＲＧＢの動作点を一致させる。
【００４０】
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ＷＢ制御部３３で増幅されることで画像信号の動作点の調整が行え、適切なホワイトバランス処理が行えることとなる。
【００４１】
＜撮像装置１Ａの動作＞
撮像装置１Ａにおいてカラー画像出力モードが選択された場合には、ＲｃｈおよびＢｃｈが高感度に設定される撮像センサ１１が採用されているため、図１１に示すハイライト着色を防止すべく、以下で説明する動作を行う。
【００４２】
図４は、撮像装置１Ａにおけるホワイトバランス処理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Ｇａ〜Ｇｉは撮像センサ１１の動作点つまり画素配列で光電変換された信号レベルを表し、右側のグラフＨａ〜ＨｉはＷＢ制御部３３で制御された信号レベルを表しており、矩形内の数値はＷＢゲインを示している。また、グラフＧａ〜Ｇｉ、Ｈａ〜Ｈｉにおいては、下段が主被写体を含む反射被写体の信号分布を、上段が光源等の明るい被写体の信号分布を表している。
【００４３】
図４（ｂ）、（ｅ）および（ｈ）は、それぞれ常用光源である５０００Ｋの光源下におけるＲｃｈ、ＧｃｈおよびＢｃｈの動作点分布を示しているが、Ｇを基準にＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇで正規化する、つまりホワイトバランス制御を行うため、図４（ｂ）および（ｈ）に示すようにＲｃｈおよびＢｃｈに１ｄＢのゲインをかけている。ここでは、ＲｃｈおよびＢｃｈの感度アップによりＲＧＢのバランスが改善されているため、ＲＧＢのゲイン比（ＷＢゲイン）が小さくＳＮ比の良い画像が生成できる。
【００４４】
図４（ａ）、（ｄ）および（ｇ）は、それぞれ２８５０Ｋの光源下におけるＲｃｈ、ＧｃｈおよびＢｃｈの動作点分布を示しているが、光源分光が赤に偏っているため、図１１（ａ）に示すようなデータクリップが発生しないように、全体の撮像動作点、すなわち撮像センサ１１の全チャンネルの信号レベルを下げている。すなわち、ＡＥ制御の基準となるＧｃｈの目標値を通常より２ｄＢ低下させることにより、撮像センサ１１における各チャンネルの動作点を下げている。これにより、ＷＢ制御部３３において、Ｂｃｈでは６ｄＢ、Ｇｃｈでは２ｄＢのゲインアップとなるが、Ｒｃｈでは０ｄＢでゲインダウンなしとなる。すなわち、ＡＥ制御（露出制御）によって撮像センサ１１の出力信号の動作点を所定レベルに制御することによって、図１１（ａ）に示すＲｃｈでのゲインダウンが不要となり、着色の不具合が解消されることとなる。
【００４５】
図４（ｃ）、（ｆ）および（ｉ）は、それぞれ１００００Ｋの光源下におけるＲｃｈ、ＧｃｈおよびＢｃｈの動作点分布を示しているが、光源分光が青に偏っているため、図１１（ｉ）に示すようなデータクリップが発生しないように、上記の２８５０Ｋの光源下と同様に、全体の撮像動作点を下げている。これにより、ＷＢ制御部３３において、Ｒｃｈでは６ｄＢ、Ｇｃｈでは２ｄＢのゲインアップとなるが、Ｂｃｈでは０ｄＢでゲインダウンなしとなる。すなわち、図１１（ｉ）に示すＢｃｈでのゲインダウンが不要となり、着色の不具合が解消することとなる。
【００４６】
撮像装置１Ａにおいては、２８５０Ｋや１００００Ｋの場合、すなわち光源分光が赤に偏ったり、青に偏る場合には、図５に示すように例えばＩＳＯ１００に設定された実効感度を変更する、つまり実効感度を下げるＡＥ制御を行うが、この光源分光の推定は、ＷＢ制御部３３での制御データ、つまりホワイトバランス情報に基づいて行われる。
【００４７】
すなわち、２８５０Ｋや１００００Ｋでの既知の光源分光を基準情報として撮像装置１Ａ内のメモリに記憶させておき、被写体について取得されたホワイトバランス情報を上記の基準情報と比較することによって、被写体の光源分光が２８５０Ｋや１００００Ｋのような特定の色温度に相当しているかどうかを推定し、被写体の色温度がそのような特定の色温度付近に相当する場合には実効感度を下げることなどによって、上記の露光制御の動作を行う。そして、ホワイトバランス情報に基づくこのような露出制御を行うとともに、出力信号の動作点を、アナログ増幅手段（ＡＧＣ２２）の増幅率および／またはデジタル増幅手段（ＷＢ制御部３３）の増幅率を変更することで所定レベルに調整することにより、信号飽和を防止しつつ出力信号のＳＮ比を向上させることができる。この構成においては、特許文献１に記載されているような、Ａ／Ｄ変換前に各色信号を取り出して処理する回路は不要である。
【００４８】
以上のような撮像装置１Ａの動作により、撮像センサ１１の動作点をＧｃｈを基準に固定せず、光源分光に応じてＡＥ制御により各チャンネルの動作点を全体的に低下させるため、赤や青に偏った光源下でのハイライト着色を防止できる。また、ＲｃｈおよびＢｃｈの感度アップがなされている撮像センサ１１を使用するため、特に常用光源下においてＲＧＢのゲインバランスが略等しくなり、ＷＢゲインによるノイズ劣化を抑えることが可能となる。
【００４９】
また、撮像装置１Ａにおいてモノクロ画像出力モードが選択された場合、通常視感度に近いＹ信号を利用して、モノクロ画像を生成する。このＹ信号（輝度信号）は、ＲＧＢ各色ごとに設定された重み付け係数を各色ごとの撮像センサ１１の出力信号に乗算したものを加算し生成されるが、グレーの濃度階調のみの信号となる。
【００５０】
この場合、撮像装置１Ａでは、ＲｃｈおよびＢｃｈが高感度に設定される撮像センサ１１を採用し、ＡＥ制御により光源分光に応じて全体の撮像動作点を変更するため、図４（ｄ）や図４（ｆ）に示すように、Ｙ信号に支配的なＧｃｈの動作点が変更され、Ｇｃｈのノイズ劣化も発生する。
【００５１】
そこで、モノクロ撮影時におけるノイズ劣化を抑制するため、Ｙ信号を生成する際のＲＧＢ加算係数を、ホワイトバランス制御部３３で算出されるＷＢゲインから推定される光源分光に連動して変更することで、過剰なゲインアップを避けＳＮの良いモノクロ信号を得る。
【００５２】
具体的には、光源分光が２８５０Ｋ、５０００Ｋおよび１００００Ｋの場合、次の式（１）〜（３）に示すようなＲＧＢ加算係数を持つＹ信号算出式（加重和）を使用する。
【００５３】
▲１▼２８５０Ｋ；
Ｙ＝０．４８＊Ｒ＋０．４７＊Ｇ＋０．０５＊Ｂ・・・・・・（１）：
▲２▼５０００Ｋ；
Ｙ＝ ０．３＊Ｒ＋０．５９＊Ｇ＋０．１１＊Ｂ・・・・・・（２）：
▲３▼１００００Ｋ；
Ｙ＝０．１５＊Ｒ＋０．４７＊Ｇ＋０．３８＊Ｂ・・・・・・（３）：
以上のような撮像装置１Ａの動作により、光源分光に応じてＹ信号を算出式を変更しモノクロ画像を生成するため、Ｙ信号の分光感度を大きく崩さない範囲で、ノイズ劣化の要因となる特定の色チャンネルの加算係数を抑制することで、モノクロ画像のＳＮ比を適切にできることとなる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
＜撮像装置の要部構成＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの機能ブロックを示す図である。
【００５５】
撮像装置１Ｂもまたデジタルカメラとして構成されており、第１実施形態に係る撮像装置１Ａと類似した構成となっているが、撮像センサ１１の前にフィルタ部５が設けられ、また撮影レンズに外付けフィルタＦＬが取付け可能となっている点が異なる。
【００５６】
フィルタ部５は、２種類の赤外カットフィルタ（内蔵フィルタ）とフィルタ切替部とを備えている。
【００５７】
２種類の赤外カットフィルタは、図７（ａ）に示す特性Ｆａを持つ赤外光吸収型フィルタと、図７（ｂ）に示す特性Ｆｂを持つ蒸着型シャープカットフィルタとからなっており、これら２種類の内蔵フィルタはフィルタ切替部によって切替えられる。
【００５８】
これにより、撮影センサ１１の前方に赤外光吸収型フィルタがセットされる場合には、図７（ｂ）に示すＲｃｈの感度ＰＲａを有し、蒸着型シャープカットフィルタがセットされる場合には、図７（ｂ）に示すＲｃｈの感度ＰＲｂを有することとなる。すなわち、特性Ｆｂを有する蒸着型シャープカットフィルタに切替えられる場合には、Ｒｃｈの感度アップが図れることとなる。
【００５９】
＜撮像装置１Ｂの動作＞
撮像装置１Ｂは、フィルタ部５で２種類の内蔵フィルタを切替えることによってＲｃｈの感度が変更可能な構成となっているが、内蔵フィルタが切替えられた場合の撮像装置１Ｂの動作を説明する。
【００６０】
撮影者がカメラ操作スイッチ４９に対する操作を行い、フィルタ部５で特性Ｆｂを有する蒸着型シャープカットフィルタが選択された場合には、撮像センサ１１が図７（ｂ）に示すＲｃｈの感度ＰＲｂを持つことになるため、図４のように全体の撮像動作点を下げることでハイライト着色を防止する動作点変更モードに設定する。すなわち、動作点制御手段を能動化して、適切なホワイトバランス処理が行われることとなる。
【００６１】
また、撮影者が図７（ｂ）に示すＲｃｈの感度ＰＲａに切替えて赤外光吸収型フィルタを選択した場合には、上記の動作点制御手段を不能化し、図１０に示すように全体の撮像動作点を変更しない動作点不変モードによって、ホワイトバランス処理が行われる。
【００６２】
以上のような撮像装置１Ｂの動作により、Ｒｃｈの感度アップが図れるため第１実施形態と同様の効果を奏する。また、フィルタ切替に伴い動作点変更モードと動作点不変モードとを切替えるため、撮影者が意図するホワイトバランス処理が可能となる。
【００６３】
さらに、撮像装置１Ｂでは、フィルタ部５において２種類の内蔵フィルタを切替えるだけでなく、図８に示すように外付けフィルタの種類ＦｒをＬＣＤモニタ４２に表示し、適切な外付けフィルタＦＬの装着を撮影者に促すようにしても良い。
【００６４】
この場合には、図９に示す色温度と装着すべき外付けフィルタの種類との関係に基づき、推奨される外付けフィルタの種類をＬＣＤモニタ４２に表示するのが好ましい。すなわち、ホワイトバランス情報から推定される色温度に応じて撮像光学系に関する分光特性を変更する。ここで、外付けフィルタが装着される場合には、上記の動作点変更モードによる制御が行われることとなる。これにより、複数種類（図示例では４種類）のフィルタの切替えを適切に行え、各色温度において適切にＳＮ比の向上が図れることとなる。
【００６５】
＜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。
【００６６】
（１）表示手段と、ホワイトバランス情報に基づき装着すべきカラーフィルタの情報を前記表示手段に表示する表示制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【００６７】
これにより、画像信号のＳＮ比を適切に向上できる。
【００６８】
（２）実効感度の設定を変更する変更手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【００６９】
これにより、信号飽和を簡易に防止できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項３の発明によれば、ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、撮像手段の出力信号の動作点を所定レベルに制御するため、ホワイトバランス処理において信号飽和が防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる。また、Ａ／Ｄ変換前に各色信号を取り出して処理する回路は不要であるため、回路構成も複雑化しない。
【００７１】
特に、請求項２の発明においては、画像出力信号の動作点はアナログ増幅手段の増幅率および／またはデジタル増幅手段の増幅率を変更することで調整されるため、ホワイトバランス処理を適切に行える。
【００７２】
また、請求項３の発明においては、動作点制御手段が能動化される状態と動作点制御手段が不能化される状態とを切替えるため、撮影者の意図に応じた設定が可能となる。
【００７３】
また、請求項４の発明によれば、ホワイトバランス情報に応じて複数色の各色ごとに設定された重付け係数を変更して輝度信号を生成するため、輝度信号のＳＮ比を向上できる。
【００７４】
また、請求項５の発明によれば、ホワイトバランス情報に応じて、撮像光学系に関する分光特性を変更するとともに、露出制御を変更して出力信号の動作点を所定レベルに制御する。その結果、ホワイトバランス処理において信号飽和が防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの機能ブロックを示す図である。
【図２】撮像センサ１１の分光感度特性を説明するための図である。
【図３】ホワイトバランス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１Ａにおけるホワイトバランス処理を説明するための図である。
【図５】色温度と実効感度との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの機能ブロックを示す図である。
【図７】撮像装置１Ｂに関する分光感度特性を説明するための図である。
【図８】ＬＣＤモニタ４２にフィルタの種類を表示する様子を示す図である。
【図９】色温度と装着すべきフィルタとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の従来技術に係るホワイトバランス処理を説明するための図である。
【図１１】本発明の従来技術に係るホワイトバランス処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ 撮像装置
３ 画像処理部
１１ 撮像センサ
３１ 画素補間部
３３ ホワイトバランス制御部
４０ カメラ制御部
４２ ＬＣＤモニタ
ＰＲａ、ＰＲｂ、ＳＲ Ｒチャンネル（Ｒｃｈ）の感度
ＰＧ、ＳＧ Ｇチャンネル（Ｇｃｈ）の感度
ＰＢ、ＳＢ Ｂチャンネル（Ｂｃｈ）の感度
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段を利用する撮像技術に関する。
【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】
特に色に関しては、デジタルカメラの場合、色温度２８５０Ｋ〜１００００Ｋ程度の照明光源に対応する必要があり、ＲＧＢのホワイトバランス補正用の増幅率が各光源で大きく異なる。例えば図１０に示すように、色温度２８５０Ｋの光源下や色温度１００００Ｋの光源下のように分光が偏った場合には、特定の色チャンネルについてＷＢゲインが高くなるため、画像信号のＳＮ劣化が顕著になる。
【０００４】
そこで、これらの光源を考慮し、画像信号のＳＮ比を向上させる手法として、撮像センサにおけるＲ（赤）やＢ（青）の感度をアップする方法がある。
【０００５】
また、例えば、特許文献１では、撮像センサから出力される信号をＡ／Ｄ変換器に入力する前に各色の信号レベルを調整することにより、ホワイトバランス処理において量子化ノイズに起因する画像劣化を抑える技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３０９３９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の撮像センサの感度をアップする方法では、ＲやＢに対して高感度となっているため、例えば図１１に示すように、２８５０Ｋや１００００Ｋなど分光が偏った光源下において感度アップされたチャンネルで信号飽和が生じ、ハイライト部がクリップされた着色現象Ｑ１、Ｑ２が発生してしまう。
【０００８】
また、特許文献１の技術を応用した場合には、上記の信号飽和が改善されるものの、Ａ／Ｄ変換前に各色信号を取出す回路などが必要で、デジタルカメラの構成が複雑になる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ホワイトバランス処理において信号飽和を防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる撮像技術を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
また、この発明の第２の目的は、そのような利点を持つ撮像装置を複雑な構成を用いずに実現することである。
【００１１】
【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）複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、（ｂ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得手段と、（ｃ）前記ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、前記出力信号の動作点を所定レベルに制御する動作点制御手段と、を備える。
【００１２】
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、（ｄ）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、（ｅ）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、（ｆ）前記デジタル信号を前記複数色の各色ごとに増幅し、画像出力信号を生成するデジタル増幅手段と、をさらに備え、前記画像出力信号の動作点は、前記アナログ増幅手段の増幅率および／または前記デジタル増幅手段の増幅率を変更することで調整される。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る撮像装置において、（ｇ）前記動作点制御手段が能動化される状態と、前記動作点制御手段が不能化される状態とを切替える切替手段、をさらに備える。
【００１４】
また、請求項４の発明は、撮像装置であって、（ａ）複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、（ｂ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得手段と、（ｃ）前記複数色の各色ごとに設定された重み付け係数を各色ごとの出力信号に乗算したものを加算して、輝度信号を生成する信号生成手段と、を備え、前記信号生成手段は、（ｃ−１）前記ホワイトバランス情報に応じて、前記重付け係数を変更する変更手段、を有する。
【００１５】
また、請求項５の発明は、複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と撮像光学系とを備える撮像装置を利用する撮像方法であって、（ａ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得工程と、（ｂ）前記ホワイトバランス情報に応じて、前記撮像光学系に関する分光特性を変更する変更工程と、（ｃ）前記ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、前記出力信号の動作点を所定レベルに制御する制御工程と、を備える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
＜撮像装置の要部構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの機能ブロックを示す図である。
【００１７】
撮像装置１Ａは、デジタルカメラとして構成されており、撮像センサ１１と、撮像センサ１１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。
【００１８】
撮像センサ１１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撮像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１１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。
【００１９】
図２は、撮像センサ１１の分光感度特性を説明するための図である。図２の横軸は波長を示し、縦軸は感度を示している。
【００２０】
撮像センサ１１は、Ｒチャンネル（Ｒｃｈ）の感度ＳＲとＧチャンネル（Ｇｃｈ）の感度ＳＧとＢチャンネル（Ｂｃｈ）の感度ＳＢとからなる分光感度特性を有している。ここで、Ｒｃｈの感度ＳＲおよびＢｃｈの感度ＳＢは、図１０の従来技術の撮像センサが有するＲｃｈの感度ＳＲｃおよびＢｃｈの感度ＳＢｃよりも高感度に設定されている。このように高感度に設定する手法としては、撮像センサ１１の受光部におけるＲ画素およびＢ画素の不純物濃度を高くしたり、撮像センサ１１の赤色、青色フィルターの特性を変更する方法がある。
【００２１】
図１に戻って説明を続ける。
【００２２】
信号処理部２は、ＣＤＳ２１とＡＧＣ２２とＡ／Ｄ変換部２３とを有している。
【００２３】
撮像センサ１１から出力された画像信号はＣＤＳ２１でサンプリングされ撮像センサ１１のノイズを除去した後、ＡＧＣ２２により感度補正が行われる。
【００２４】
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。デジタル化された画像信号は、画像処理部３で所定の画像処理が施された画像ファイルが生成される。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
画像処理部３に入力された画像データは、撮像センサ１１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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（ホワイトバランス情報）に基づいてＲおよびＢの補正ゲインとして制御される。
【００３０】
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。
【００３１】
そして、画像メモリに格納された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。
【００３２】
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。この低解像度画像については、プレビュー時は、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。
【００３３】
カメラ制御部４０は、ＣＰＵおよびメモリを備え、シャッターボタン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。このカメラ操作スイッチ４９への撮影者の操作入力により、被写体像をカラー画像で出力するカラー画像出力モードと、モノクロ画像で出力するモノクロ画像出力モードとを選択できる。
【００３４】
撮像装置１Ａ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１１の電荷蓄積時間に関しては、撮像センサ１１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１１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。
【００３５】
＜ホワイトバランス処理の信号動作点について＞
図３は、ホワイトバランス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１１〜ホワイトバランス制御部３３までの各部の信号の状況を示しており、グラフＤ１〜Ｄ１０は、各部のダイナミツク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〜Ｄ１０中の太線は、被写体中の白色部分に対応する動作点を示している。
【００３６】
撮像センサ１１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のように動作点（太線部）が上昇する。このとき、画像信号は撮像センサ１１からのベイヤー信号で構成されるため、ＲＧＢ一律にゲインがかけられることとなる。
【００３７】
ＡＧＣ２２でゲインがかけられたアナログの画像信号は、ＡＧＣ２２出力のフルレンジに対して、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。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換部２３で生成されたデジタル信号は、ＲＧＢのベイヤー配列で構成される信号並びとなっているため、画素補間部３１で、グラフＤ５〜Ｄ７に示すようにＲＧＢの３チャンネルデータに分離補間する。
【００３９】
画素補間部３１で生成されたＲＧＢ３チャンネルの画像信号は、ＷＢ制御部３３においてＧ信号に対してＲ信号およびＢ信号のレベルを正規化し、グラフＤ８〜Ｄ１０に示すように白被写体に関するＲＧＢの動作点を一致させる。
【００４０】
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ＷＢ制御部３３で増幅されることで画像信号の動作点の調整が行え、適切なホワイトバランス処理が行えることとなる。
【００４１】
＜撮像装置１Ａの動作＞
撮像装置１Ａにおいてカラー画像出力モードが選択された場合には、ＲｃｈおよびＢｃｈが高感度に設定される撮像センサ１１が採用されているため、図１１に示すハイライト着色を防止すべく、以下で説明する動作を行う。
【００４２】
図４は、撮像装置１Ａにおけるホワイトバランス処理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Ｇａ〜Ｇｉは撮像センサ１１の動作点つまり画素配列で光電変換された信号レベルを表し、右側のグラフＨａ〜ＨｉはＷＢ制御部３３で制御された信号レベルを表しており、矩形内の数値はＷＢゲインを示している。また、グラフＧａ〜Ｇｉ、Ｈａ〜Ｈｉにおいては、下段が主被写体を含む反射被写体の信号分布を、上段が光源等の明るい被写体の信号分布を表している。
【００４３】
図４（ｂ）、（ｅ）および（ｈ）は、それぞれ常用光源である５０００Ｋの光源下におけるＲｃｈ、ＧｃｈおよびＢｃｈの動作点分布を示しているが、Ｇを基準にＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇで正規化する、つまりホワイトバランス制御を行うため、図４（ｂ）および（ｈ）に示すようにＲｃｈおよびＢｃｈに１ｄＢのゲインをかけている。ここでは、ＲｃｈおよびＢｃｈの感度アップによりＲＧＢのバランスが改善されているため、ＲＧＢのゲイン比（ＷＢゲイン）が小さくＳＮ比の良い画像が生成できる。
【００４４】
図４（ａ）、（ｄ）および（ｇ）は、それぞれ２８５０Ｋの光源下におけるＲｃｈ、ＧｃｈおよびＢｃｈの動作点分布を示しているが、光源分光が赤に偏っているため、図１１（ａ）に示すようなデータクリップが発生しないように、全体の撮像動作点、すなわち撮像センサ１１の全チャンネルの信号レベルを下げている。すなわち、ＡＥ制御の基準となるＧｃｈの目標値を通常より２ｄＢ低下させることにより、撮像センサ１１における各チャンネルの動作点を下げている。これにより、ＷＢ制御部３３において、Ｂｃｈでは６ｄＢ、Ｇｃｈでは２ｄＢのゲインアップとなるが、Ｒｃｈでは０ｄＢでゲインダウンなしとなる。すなわち、ＡＥ制御（露出制御）によって撮像センサ１１の出力信号の動作点を所定レベルに制御することによって、図１１（ａ）に示すＲｃｈでのゲインダウンが不要となり、着色の不具合が解消されることとなる。
【００４５】
図４（ｃ）、（ｆ）および（ｉ）は、それぞれ１００００Ｋの光源下におけるＲｃｈ、ＧｃｈおよびＢｃｈの動作点分布を示しているが、光源分光が青に偏っているため、図１１（ｉ）に示すようなデータクリップが発生しないように、上記の２８５０Ｋの光源下と同様に、全体の撮像動作点を下げている。これにより、ＷＢ制御部３３において、Ｒｃｈでは６ｄＢ、Ｇｃｈでは２ｄＢのゲインアップとなるが、Ｂｃｈでは０ｄＢでゲインダウンなしとなる。すなわち、図１１（ｉ）に示すＢｃｈでのゲインダウンが不要となり、着色の不具合が解消することとなる。
【００４６】
撮像装置１Ａにおいては、２８５０Ｋや１００００Ｋの場合、すなわち光源分光が赤に偏ったり、青に偏る場合には、図５に示すように例えばＩＳＯ１００に設定された実効感度を変更する、つまり実効感度を下げるＡＥ制御を行うが、この光源分光の推定は、ＷＢ制御部３３での制御データ、つまりホワイトバランス情報に基づいて行われる。
【００４７】
すなわち、２８５０Ｋや１００００Ｋでの既知の光源分光を基準情報として撮像装置１Ａ内のメモリに記憶させておき、被写体について取得されたホワイトバランス情報を上記の基準情報と比較することによって、被写体の光源分光が２８５０Ｋや１００００Ｋのような特定の色温度に相当しているかどうかを推定し、被写体の色温度がそのような特定の色温度付近に相当する場合には実効感度を下げることなどによって、上記の露光制御の動作を行う。そして、ホワイトバランス情報に基づくこのような露出制御を行うとともに、出力信号の動作点を、アナログ増幅手段（ＡＧＣ２２）の増幅率および／またはデジタル増幅手段（ＷＢ制御部３３）の増幅率を変更することで所定レベルに調整することにより、信号飽和を防止しつつ出力信号のＳＮ比を向上させることができる。この構成においては、特許文献１に記載されているような、Ａ／Ｄ変換前に各色信号を取り出して処理する回路は不要である。
【００４８】
以上のような撮像装置１Ａの動作により、撮像センサ１１の動作点をＧｃｈを基準に固定せず、光源分光に応じてＡＥ制御により各チャンネルの動作点を全体的に低下させるため、赤や青に偏った光源下でのハイライト着色を防止できる。また、ＲｃｈおよびＢｃｈの感度アップがなされている撮像センサ１１を使用するため、特に常用光源下においてＲＧＢのゲインバランスが略等しくなり、ＷＢゲインによるノイズ劣化を抑えることが可能となる。
【００４９】
また、撮像装置１Ａにおいてモノクロ画像出力モードが選択された場合、通常視感度に近いＹ信号を利用して、モノクロ画像を生成する。このＹ信号（輝度信号）は、ＲＧＢ各色ごとに設定された重み付け係数を各色ごとの撮像センサ１１の出力信号に乗算したものを加算し生成されるが、グレーの濃度階調のみの信号となる。
【００５０】
この場合、撮像装置１Ａでは、ＲｃｈおよびＢｃｈが高感度に設定される撮像センサ１１を採用し、ＡＥ制御により光源分光に応じて全体の撮像動作点を変更するため、図４（ｄ）や図４（ｆ）に示すように、Ｙ信号に支配的なＧｃｈの動作点が変更され、Ｇｃｈのノイズ劣化も発生する。
【００５１】
そこで、モノクロ撮影時におけるノイズ劣化を抑制するため、Ｙ信号を生成する際のＲＧＢ加算係数を、ホワイトバランス制御部３３で算出されるＷＢゲインから推定される光源分光に連動して変更することで、過剰なゲインアップを避けＳＮの良いモノクロ信号を得る。
【００５２】
具体的には、光源分光が２８５０Ｋ、５０００Ｋおよび１００００Ｋの場合、次の式（１）〜（３）に示すようなＲＧＢ加算係数を持つＹ信号算出式（加重和）を使用する。
【００５３】
▲１▼２８５０Ｋ；
Ｙ＝０．４８＊Ｒ＋０．４７＊Ｇ＋０．０５＊Ｂ・・・・・・（１）：
▲２▼５０００Ｋ；
Ｙ＝ ０．３＊Ｒ＋０．５９＊Ｇ＋０．１１＊Ｂ・・・・・・（２）：
▲３▼１００００Ｋ；
Ｙ＝０．１５＊Ｒ＋０．４７＊Ｇ＋０．３８＊Ｂ・・・・・・（３）：
以上のような撮像装置１Ａの動作により、光源分光に応じてＹ信号を算出式を変更しモノクロ画像を生成するため、Ｙ信号の分光感度を大きく崩さない範囲で、ノイズ劣化の要因となる特定の色チャンネルの加算係数を抑制することで、モノクロ画像のＳＮ比を適切にできることとなる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
＜撮像装置の要部構成＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの機能ブロックを示す図である。
【００５５】
撮像装置１Ｂもまたデジタルカメラとして構成されており、第１実施形態に係る撮像装置１Ａと類似した構成となっているが、撮像センサ１１の前にフィルタ部５が設けられ、また撮影レンズに外付けフィルタＦＬが取付け可能となっている点が異なる。
【００５６】
フィルタ部５は、２種類の赤外カットフィルタ（内蔵フィルタ）とフィルタ切替部とを備えている。
【００５７】
２種類の赤外カットフィルタは、図７（ａ）に示す特性Ｆａを持つ赤外光吸収型フィルタと、図７（ｂ）に示す特性Ｆｂを持つ蒸着型シャープカットフィルタとからなっており、これら２種類の内蔵フィルタはフィルタ切替部によって切替えられる。
【００５８】
これにより、撮影センサ１１の前方に赤外光吸収型フィルタがセットされる場合には、図７（ｂ）に示すＲｃｈの感度ＰＲａを有し、蒸着型シャープカットフィルタがセットされる場合には、図７（ｂ）に示すＲｃｈの感度ＰＲｂを有することとなる。すなわち、特性Ｆｂを有する蒸着型シャープカットフィルタに切替えられる場合には、Ｒｃｈの感度アップが図れることとなる。
【００５９】
＜撮像装置１Ｂの動作＞
撮像装置１Ｂは、フィルタ部５で２種類の内蔵フィルタを切替えることによってＲｃｈの感度が変更可能な構成となっているが、内蔵フィルタが切替えられた場合の撮像装置１Ｂの動作を説明する。
【００６０】
撮影者がカメラ操作スイッチ４９に対する操作を行い、フィルタ部５で特性Ｆｂを有する蒸着型シャープカットフィルタが選択された場合には、撮像センサ１１が図７（ｂ）に示すＲｃｈの感度ＰＲｂを持つことになるため、図４のように全体の撮像動作点を下げることでハイライト着色を防止する動作点変更モードに設定する。すなわち、動作点制御手段を能動化して、適切なホワイトバランス処理が行われることとなる。
【００６１】
また、撮影者が図７（ｂ）に示すＲｃｈの感度ＰＲａに切替えて赤外光吸収型フィルタを選択した場合には、上記の動作点制御手段を不能化し、図１０に示すように全体の撮像動作点を変更しない動作点不変モードによって、ホワイトバランス処理が行われる。
【００６２】
以上のような撮像装置１Ｂの動作により、Ｒｃｈの感度アップが図れるため第１実施形態と同様の効果を奏する。また、フィルタ切替に伴い動作点変更モードと動作点不変モードとを切替えるため、撮影者が意図するホワイトバランス処理が可能となる。
【００６３】
さらに、撮像装置１Ｂでは、フィルタ部５において２種類の内蔵フィルタを切替えるだけでなく、図８に示すように外付けフィルタの種類ＦｒをＬＣＤモニタ４２に表示し、適切な外付けフィルタＦＬの装着を撮影者に促すようにしても良い。
【００６４】
この場合には、図９に示す色温度と装着すべき外付けフィルタの種類との関係に基づき、推奨される外付けフィルタの種類をＬＣＤモニタ４２に表示するのが好ましい。すなわち、ホワイトバランス情報から推定される色温度に応じて撮像光学系に関する分光特性を変更する。ここで、外付けフィルタが装着される場合には、上記の動作点変更モードによる制御が行われることとなる。これにより、複数種類（図示例では４種類）のフィルタの切替えを適切に行え、各色温度において適切にＳＮ比の向上が図れることとなる。
【００６５】
＜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。
【００６６】
（１）表示手段と、ホワイトバランス情報に基づき装着すべきカラーフィルタの情報を前記表示手段に表示する表示制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【００６７】
これにより、画像信号のＳＮ比を適切に向上できる。
【００６８】
（２）実効感度の設定を変更する変更手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【００６９】
これにより、信号飽和を簡易に防止できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項３の発明によれば、ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、撮像手段の出力信号の動作点を所定レベルに制御するため、ホワイトバランス処理において信号飽和が防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる。また、Ａ／Ｄ変換前に各色信号を取り出して処理する回路は不要であるため、回路構成も複雑化しない。
【００７１】
特に、請求項２の発明においては、画像出力信号の動作点はアナログ増幅手段の増幅率および／またはデジタル増幅手段の増幅率を変更することで調整されるため、ホワイトバランス処理を適切に行える。
【００７２】
また、請求項３の発明においては、動作点制御手段が能動化される状態と動作点制御手段が不能化される状態とを切替えるため、撮影者の意図に応じた設定が可能となる。
【００７３】
また、請求項４の発明によれば、ホワイトバランス情報に応じて複数色の各色ごとに設定された重付け係数を変更して輝度信号を生成するため、輝度信号のＳＮ比を向上できる。
【００７４】
また、請求項５の発明によれば、ホワイトバランス情報に応じて、撮像光学系に関する分光特性を変更するとともに、露出制御を変更して出力信号の動作点を所定レベルに制御する。その結果、ホワイトバランス処理において信号飽和が防止でき、また画像信号のＳＮ比を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの機能ブロックを示す図である。
【図２】撮像センサ１１の分光感度特性を説明するための図である。
【図３】ホワイトバランス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１Ａにおけるホワイトバランス処理を説明するための図である。
【図５】色温度と実効感度との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの機能ブロックを示す図である。
【図７】撮像装置１Ｂに関する分光感度特性を説明するための図である。
【図８】ＬＣＤモニタ４２にフィルタの種類を表示する様子を示す図である。
【図９】色温度と装着すべきフィルタとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の従来技術に係るホワイトバランス処理を説明するための図である。
【図１１】本発明の従来技術に係るホワイトバランス処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ 撮像装置
３ 画像処理部
１１ 撮像センサ
３１ 画素補間部
３３ ホワイトバランス制御部
４０ カメラ制御部
４２ ＬＣＤモニタ
ＰＲａ、ＰＲｂ、ＳＲ Ｒチャンネル（Ｒｃｈ）の感度
ＰＧ、ＳＧ Ｇチャンネル（Ｇｃｈ）の感度
ＰＢ、ＳＢ Ｂチャンネル（Ｂｃｈ）の感度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
（ａ）複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、
（ｂ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得手段と、
（ｃ）前記ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、前記出力信号の動作点を所定レベルに制御する動作点制御手段と、
を備え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、
（ｄ）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、
（ｅ）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、
（ｆ）前記デジタル信号を前記複数色の各色ごとに増幅し、画像出力信号を生成するデジタル増幅手段と、
をさらに備え、
前記画像出力信号の動作点は、前記アナログ増幅手段の増幅率および／または前記デジタル増幅手段の増幅率を変更することで調整されることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
（ｇ）前記動作点制御手段が能動化される状態と、前記動作点制御手段が不能化される状態とを切替える切替手段、
をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
撮像装置であって、
（ａ）複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、
（ｂ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得手段と、
（ｃ）前記複数色の各色ごとに設定された重み付け係数を各色ごとの出力信号に乗算したものを加算して、輝度信号を生成する信号生成手段と、
を備え、
前記信号生成手段は、
（ｃ−１）前記ホワイトバランス情報に応じて、前記重付け係数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５】
複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と撮像光学系とを備える撮像装置を利用する撮像方法であって、
（ａ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得工程と、
（ｂ）前記ホワイトバランス情報に応じて、前記撮像光学系に関する分光特性を変更する変更工程と、
（ｃ）前記ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、前記出力信号の動作点を所定レベルに制御する制御工程と、
を備えることを特徴とする撮像方法。
【請求項１】
撮像装置であって、
（ａ）複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、
（ｂ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得手段と、
（ｃ）前記ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、前記出力信号の動作点を所定レベルに制御する動作点制御手段と、
を備え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、
（ｄ）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、
（ｅ）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、
（ｆ）前記デジタル信号を前記複数色の各色ごとに増幅し、画像出力信号を生成するデジタル増幅手段と、
をさらに備え、
前記画像出力信号の動作点は、前記アナログ増幅手段の増幅率および／または前記デジタル増幅手段の増幅率を変更することで調整されることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
（ｇ）前記動作点制御手段が能動化される状態と、前記動作点制御手段が不能化される状態とを切替える切替手段、
をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
撮像装置であって、
（ａ）複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と、
（ｂ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得手段と、
（ｃ）前記複数色の各色ごとに設定された重み付け係数を各色ごとの出力信号に乗算したものを加算して、輝度信号を生成する信号生成手段と、
を備え、
前記信号生成手段は、
（ｃ−１）前記ホワイトバランス情報に応じて、前記重付け係数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５】
複数色のフィルタが配列された単板の画素配列を有し、被写体に係る出力信号を生成する撮像手段と撮像光学系とを備える撮像装置を利用する撮像方法であって、
（ａ）前記被写体に係るホワイトバランス情報を取得する取得工程と、
（ｂ）前記ホワイトバランス情報に応じて、前記撮像光学系に関する分光特性を変更する変更工程と、
（ｃ）前記ホワイトバランス情報に応じて露出制御を変更し、前記出力信号の動作点を所定レベルに制御する制御工程と、
を備えることを特徴とする撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００４−９６６３３（Ｐ２００４−９６６３３Ａ）
【公開日】平成１６年３月２５日（２００４．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−２５７９９０（Ｐ２００２−２５７９９０）
【出願日】平成１４年９月３日（２００２．９．３）
【出願人】（０００００６０７９）ミノルタ株式会社 (155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年３月２５日（２００４．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年９月３日（２００２．９．３）
【出願人】（０００００６０７９）ミノルタ株式会社 (155)
【Ｆターム（参考）】
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