撮像装置及び画像データ形成方法
【課題】本発明は撮影範囲の被写体の状況に対応して撮像データの光量を的確に補正して画像データを形成することができる撮像装置及び画像データ形成方法を得る。
【解決手段】本発明の撮像装置１は、撮像素子４と画像形成部５とを備え、照射手段６による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射した状態で撮像する第２撮像モードとの連続撮影が可能であり、前記画像形成部５は、第１撮像モードの第１撮像データと第２撮像モードの第２撮像データとの差分データΔｄを演算した上で、該差分データΔｄと、照射手段６の配光特性データｄを平滑化するための配光補正データＫ１との乗算データΔｉを演算し、該乗算データΔｉを前記第２撮像データｄ２に対する補正値とするという構成を有している。
【解決手段】本発明の撮像装置１は、撮像素子４と画像形成部５とを備え、照射手段６による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射した状態で撮像する第２撮像モードとの連続撮影が可能であり、前記画像形成部５は、第１撮像モードの第１撮像データと第２撮像モードの第２撮像データとの差分データΔｄを演算した上で、該差分データΔｄと、照射手段６の配光特性データｄを平滑化するための配光補正データＫ１との乗算データΔｉを演算し、該乗算データΔｉを前記第２撮像データｄ２に対する補正値とするという構成を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルスチルカメラや、カメラモジュールを備えた携帯電話機等に設けられ、照射手段により照射された被写体の撮像データを補正して画像データを形成する撮像装置及び画像データ形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、撮像装置による被写体の撮影は、撮影範囲におけるすべての被写体に光量が均一に照射される晴天時の屋外で行われることが理想とされている。これは、光源としての太陽が各被写体に対して無限遠に位置しており、被写体が撮影範囲のどこに位置していても、どのような動きをしていても、均一に光が照射されるためである。
【０００３】
ところが、撮影が夜間や屋内などで行われる場合、被写体は、太陽光が遮られることにより、撮影に必要な光量が不足する場合がある。このような環境での撮影に備えて、撮像装置には、撮影範囲にある被写体の光量不足を補うために、補助光を照射するストロボ装置やＬＥＤランプ等の照射手段が備えられている。
【０００４】
この照射手段は、撮影範囲の被写体を晴天時の屋外同様に均一に照射することが求められている。しかし、照射手段は、その発光源の形状により、照射する位置によって照射される光量に偏り（バラツキ）がある。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載されたデジタルスチルカメラには、ＬＥＤ素子を光源として備える発光モジュールと、ＬＥＤ素子から照射される光が撮影範囲で略均一となるように配光を制御するレンズアレイとを有する照射手段を備えている。この照射手段は、ＬＥＤ素子から照射される光の光路をレンズアレイで撮影範囲全体に亘り略均一となるように配光を制御して被写体を照射する。しかし、この照射手段は、レンズアレイの構成が複雑であるため、このレンズアレイのみで被写体を照射する光を完全に均一化しようとすると、大型化するか、高い寸法精度が求められ、現実的には均一にするのは不可能である。
【０００６】
このような事情により、撮像データは、被写体に照射する照射光を完全に均一にして撮影せずに、撮影後に被写体に照射された光が均一に照射されたように補正することが行われている。例えば、特許文献２に記載された画像補正装置は、デジタルスチルカメラと外部電子機器とを備える。デジタルスチルカメラは、閃光放電管と、被写体を撮像する撮像装置と、主被写体の輝度を検出する測光装置と、主被写体までの距離を測定する測距装置と、被写体の撮像データを記憶する撮像データ記憶手段と、主被写体までの距離及び主被写体の輝度などの撮影情報を記憶する記憶装置とを備える。外部電子機器は、デジタルスチルカメラから撮像データと撮影情報とを読み取るインターフェースと、閃光放電管の発光量及び閃光放電管の配光特性等のカメラ情報を記憶するカメラ情報記憶手段と、撮像データを撮影情報及びカメラ情報に基づき補正するＣＰＵとを備える。
【０００７】
この画像補正装置の撮像データの補正について、具体的に説明する。まず、図７（ａ）に示すように、撮影範囲Ｑにおける閃光放電管の配光特性は、図７（ｃ）に実線で示すように、閃光放電管２０の長手方向中間位置が最も光量が高く、中心から外周に向かってその光量が低下している。例えば、有効配光角 −３０°〜＋３０°の範囲の照射範囲Ｒは、略楕円形の範囲を有しており、外周部分の光量が不足している。画像補正装置は、この撮影条件で撮影された撮影データを、撮影情報及びカメラ情報から閃光放電管２０の照射範囲Ｒ（有効配光角 −３０°〜＋３０°の範囲）が、図７（ｂ）に示すように撮影範囲Ｑにおいて光量が均一となるように図７（ｃ）に破線で示すような配光特性となるように補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−７９５２８号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２に記載される画像補正装置は、デジタルスチルカメラで撮影した後、外部電子機器で撮影データを補正するため、補正後の撮像データをデジタルスチルカメラの画面上で確認することができない。また、外部電子機器が補正に用いる閃光放電管の配光特性は、一本毎にそれぞれ固有の特性を有しており、事前に確認した配光特性により一律に補正を行うことになり、撮影範囲に多数存在する被写体ごとの距離や反射率に対応して補正できないため、正確な補正が行われているとはいえない。
【００１０】
従って、本発明は、かかる事情に鑑み、撮影範囲の被写体の状況に対応して撮像データの光量を均一に補正して画像データを形成することができる撮像装置及び画像データ形成方法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】
【００１１】
本発明の撮像装置は、被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部とを備え、照射手段による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射手段による光を被写体に照射した状態で撮像する第２撮像モードとをいずれか一方から先に実行する連続撮影が可能な撮像装置であって、前記画像形成部は、第１撮像モードにて第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードにて第２撮像データを取得し、第１撮像データと第２撮像データとの差分データを演算した上で、該差分データと、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データとの乗算データを演算し、該乗算データを前記第２撮像データに対する補正値として画像データを形成するという構成を有している。
【００１２】
かかる構成によれば、撮像装置は、第１撮像モードと第２撮像モードの２回、異なる条件で被写体を撮像する。すなわち、画像形成部は、第１撮像モードで、照射手段により光が被写体に照射されていない状態で撮像素子から第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードで、照射手段により光が被写体に照射された状態で撮像素子から第２撮像データを取得する。
【００１３】
画像形成部は、これらの第１撮像データと第２撮像データとの差分データ、すなわち、実際に被写体を撮像した撮像環境（被写体毎の撮像素子との距離や被写体の反射率など）に基づく撮像環境補正データを演算する。そして、画像形成部は、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データ、すなわち、照射手段からの光が撮像範囲において均一に照射される状況を仮定する上で当該照射手段の配光特性に対して必要となる配光補正データを、差分データ（撮像環境補正データ）に乗算することにより、該乗算データ、すなわち、被写体の撮像環境に基づく画像補正データが演算される。よって、画像形成部は、この乗算データ（画像補正データ）を補正値として用いることにより、第２撮像データを光量が均一なものに補正した画像データを形成することができる。
【００１４】
なお、「差分」とは、第１撮像データと第２撮像データとの減算値のみならず、第１撮像データと第２撮像データの少なくともいずれか一方に所定の係数を乗算した状態での減算値も含む。また、「乗算」とは、第１撮像データと第２撮像データとをそのまま乗算するのみならず、第１撮像データと第２撮像データの少なくともいずれか一方に所定の係数を乗算した状態での乗算を含む。
【００１５】
また、請求項２記載の発明において、前記画像形成部は、前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得した後、前記第２撮像モードにて前記第２撮像データを取得する構成を有することが好ましい。
【００１６】
かかる構成によれば、画像形成部は、照射手段により光が照射される前の、光の残光のない状態の被写体を撮像した第１撮像データを取得することができる。すなわち、画像形成部は、光の残光の影響を受けずに第１撮像データを取得することができ、また、光の残光がなくなるまで待つ必要もなく、第１撮像データを取得することができる。その後に、画像形成部は、照射手段により光が照射された状態の被写体を撮像した第２撮像データを取得することができる。よって、画像形成部は、短期間に第１撮像データと第２撮像データとを撮像することができる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明において、前記画像形成部は、前記第２撮像モードにて前記第２撮像データを取得した後、前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する構成を有することが好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、画像形成部は、照射手段により光を被写体に照射した状態で、撮像素子から第２撮像データを取得する。その後、画像形成部は、光の残光の影響のない所定の光量以下になるまで撮像データの取得を待って、第１撮像データを取得する。よって、画像形成部は、第２撮像データの取得タイミングで撮像することができる。すなわち、画像形成部は、乗算データ（画像補正データ）を形成するために第１撮像データの取得が完了するのを待って、第２撮像データを取得する必要がなく、第２撮像データの取得タイミングが遅れることがない。
【００１９】
また、請求項４記載の発明において、前記照射手段が照射した光の光量を検知可能な光量検知手段を備え、前記画像形成部は、該光量検知手段が所定の光量以下となったことを検知した後に前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する構成を有することが好ましい。
【００２０】
かかる構成によれば、画像形成部は、光量検知手段により第１撮像データの取得タイミングである光の残光が所定の光量以下となったときを検知することができる。よって、光の残光が所定の光量以下となったタイミングで第１撮像データを撮像素子から取得するため、第１撮像データが光の残光の影響を受けないように確認してから取得することができる。
【００２１】
また、請求項５記載の発明において、前記照射手段が光を照射するために照射手段に流れる電流値を計測可能な電流計測手段を備え、前記画像形成部は、該電流計測手段が所定の電流値以下となったことを検知した後に前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する構成を有することが好ましい。
【００２２】
かかる構成によれば、画像形成部は、電流計測手段により第１撮像データの取得タイミングである光の残光が所定の光量以下となったときを照射手段に流れる電流値で検知することができる。よって、光の残光が所定の光量以下となったタイミングで第１撮像データを撮像素子から取得するため、第１撮像データが光の残光の影響を受けないように確認してから取得することができる。
【００２３】
本発明の画像データ形成方法は、被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部とを備え、照射手段による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射手段による光を被写体に照射した状態で撮像する第２撮像モードとをいずれか一方から先に実行する連続撮影が可能な撮像装置における画像データ形成方法であって、第１撮像モードにて第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードにて第２撮像データを取得し、第１撮像データと第２撮像データとの差分データを演算した上で、該差分データと、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データとの乗算データを演算し、該乗算データを前記第２撮像データに対する補正値として画像データを形成する構成を有することが好ましい。
【００２４】
かかる構成によれば、撮像装置は、第１撮像モードと第２撮像モードの２回、異なる条件で被写体を撮像する。すなわち、画像形成部は、第１撮像モードで、照射手段により光が被写体に照射されていない状態で撮像素子から第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードで、照射手段により光が被写体に照射された状態で撮像素子から第２撮像データを取得する。
【００２５】
画像形成部は、これらの第１撮像データと第２撮像データとの差分データ、すなわち、実際に被写体を撮像した撮像環境（被写体毎の撮像素子との距離や被写体の反射率など）に基づく撮像環境補正データを演算する。そして、画像形成部は、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データ、すなわち、照射手段からの光が撮像範囲において均一に照射される状況を仮定する上で当該照射手段の配光特性に対して必要となる配光補正データを、差分データ（撮像環境補正データ）に乗算することにより、該乗算データ、すなわち、被写体の撮像環境に基づく画像補正データが演算される。よって、画像形成部は、この乗算データ（画像補正データ）を補正値として用いることにより、第２撮像データを光量が均一なものに補正した画像データを形成することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の撮像装置及び画像データ形成方法によれば、撮影範囲の被写体の状況に対応して撮像データの光量を均一に補正して画像データを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置のブロック図
【図２】同実施形態に係る撮像装置の撮像データの補正制御フロー図
【図３】（ａ）は、撮像素子によって撮像される撮像範囲の画素毎に発光素子の配光特性を数値化して例示した図、（ｂ）は、撮像範囲の画素毎に配光補正データを数値化して例示した図、（ｃ）は、撮像範囲の画素毎に第１撮像データを数値化して例示した図、（ｄ）は、撮像範囲の画素毎に第２撮像データを数値化して例示した図
【図４】（ａ）は、撮像範囲の画素毎に差分データを数値化して例示した図、（ｂ）は、撮像範囲の画素毎に乗算データ（画像補整データ）を数値化して例示した図、（ｃ）は、撮像範囲の画素毎に補正された第２撮像データ（画像データ）を数値化して例示した図
【図５】（ａ）は、同実施形態に係る撮像装置の撮像領域と補正前の照射領域との関係を示す図、（ｂ）は、同実施形態に係る撮像装置の撮像領域と補正後の照射領域との関係を示す図
【図６】本発明の第２実施形態に係る撮像装置のブロック図
【図７】（ａ）は、従来の撮像装置の撮像領域と補正前の照射領域との関係を示す図、（ｂ）は、従来の撮像装置の撮像領域と補正後の照射領域との関係を示す図、（ｃ）は、従来の撮像装置の補正前と補正後の補助光の配光特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の第１実施形態に係る撮像装置について、図面を参酌しつつ、説明する。まず、同実施形態に係る撮像装置１の構成について、図１を参酌しつつ、説明する。図１は、同実施形態に係る撮像装置１のブロック図である。同実施形態に係る撮像装置１は、被写体との焦点を合わせるために光軸方向に移動可能な撮影レンズ２と、該撮影レンズ２を光軸方向に駆動するレンズ駆動部３と、撮影レンズ２を介して被写体からの反射光を受光して被写体を撮像する撮像素子４と、該撮像素子４から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部５とを備える。撮像装置１は、更に、被写体の光量を補うべく被写体に光を照射する照射手段６が外付けされている。撮像装置１は、他に、撮影モードを選択するモードスイッチやシャッターを開くシャッタースイッチなどを有する操作部７と、撮像した撮像データや各種設定条件等を記憶する記憶手段として内蔵されているメモリ８と、撮像した撮像データや該撮像データの各種設定条件等を表示する表示手段としての液晶モニタ９と、撮像した撮像データや各種設定条件等を記憶するために取り外し可能に設けられている外部記憶媒体としてのメモリカード１０とを備える。
【００２９】
画像形成部５は、撮像素子４からアナログ信号として受光した反射光をデジタル信号に変換するＡＤ変換部１１と、該ＡＤ変換部１１で変換途中の撮像データ（反射光をデジタル信号に変換して形成されたデータ）を一時的に記憶するバッファメモリ１２と、設定条件に従ってレンズ駆動部３、撮像素子４、ＡＤ変換部１１、及び、バッファメモリ１２を制御する制御部１３とを備える。
【００３０】
制御部１３は、１回の撮像に対して、２回の異なる撮像モードを有する。この２回の撮像モードのうち一方の撮像モードは、被写体に光を照射していない状態で撮像する第１撮像モードである。他方の撮像モードは、被写体に光を照射した状態で撮像する第２撮像モードである。本実施形態に係る制御部１３は、第１撮像モードと第２撮像モードの順で連続撮像が行われることにより、第１撮像モードにて第１撮像データを取得した後、第２撮像モードにて第２撮像データを取得する。
【００３１】
制御部１３は、照射手段６から、照射手段６の配光特性に基づいて照射される光を均一に補正する配光補正データを受信可能である。ここで、照射手段６の配光特性とは、被写体が撮像される撮像データの撮像範囲において被写体を所定条件で照射したときの発光量又は発光係数である。
【００３２】
制御部１３は、第１撮像モードにて撮像される第１撮像データと第２撮像モードにて撮像される第２撮像データとを撮像素子４から取得し、第１撮像データ及び第２撮像データに基づいて被写体を撮像した撮像環境に基づく撮像環境補正データを演算する。具体的には、制御部１３は、撮像環境補正データとして、第１撮像データと第２撮像データとの光量の差である差分データを演算する。制御部１３は、差分データ（撮像環境補正データ）と配光補正データとに基づいて、撮像範囲において被写体に照射する光を被写体の撮像環境に基づいて均一にするために第２撮像データを補正する画像補正データを演算する。具体的には、制御部１３は、配光補正データと差分データとを掛け合わせる（乗算する）ことによって画像補正データを演算する。
【００３３】
照射手段６は、被写体の光量を補うために被写体に向かって発光する発光素子１４と、該発光素子１４から発光された光（補助光）を撮像範囲全体に亘って略均一になるように整形する光学パネル１５と、発光素子１４を駆動する駆動部１６と、配光補正データを記憶する配光補正データ記憶手段としての配光補正値メモリ１７とを備える。
【００３４】
発光素子１４は、キセノン管などの閃光放電管やＬＥＤランプなどの光源であり、単数又は複数の光源から構成されていてもよい。
【００３５】
配光補正値メモリ１７は、出荷時までに配光補正データを書き換え不能に記憶されるＲＯＭなどの読み取り専用の記憶手段であってもよいし、出荷後の配光補正データの書き換えに備えて書き換え可能に記憶されるＲＡＭなどの読み書き可能な記憶手段であってもよい。
【００３６】
メモリ８は、撮像素子４で撮像された第１撮像データ及び第２撮像データと、制御部１３で演算された差分データ、画像補正データ、及び、補正された第２撮像データと、照射手段６の配光補正値メモリ１７から読み取られた配光補正データとを記憶可能な記憶手段である。メモリ８は、制御部１３の制御信号によって、記憶しているデータを制御部１３に送信可能に接続されている。
【００３７】
次に、本実施形態に係る撮像装置１の画像形成について、図２〜図４を参酌しつつ説明する。図２は、同実施形態に係る撮像装置１の制御部１３の画像形成の各ステップを示す制御フロー図である。図３及び図４は、撮像データの補正に用いるデータを撮像素子４によって撮像される撮像範囲の画素毎に数値化して例示した参考図である。図３及び図４は、撮像範囲を横（ｘ軸方向）５ピクセル×縦（ｙ軸方向）５ピクセルで表現する。
【００３８】
まず、撮像データの補正に必要となる配光補正データについて説明する。なお、配光補正データは、製品出荷前までに、製品毎に実際に発光させて測定した配光特性データから均一配光になる補正データを計算し、照射手段６の配光補正値メモリ１７に記憶される。
【００３９】
配光補正データＫ１は、撮像素子４により撮像され、且つ、複数の領域から形成される撮像範囲の領域（画素）ごとに演算される。配光補正データＫ１は、撮像範囲の画素毎における照射手段６の配光特性データｄに基づく光量及び基準とする画素での光量の差を、その基準とする画素の光量で除した値であり、特定の画素での光量を基準に各画素の光量の相対的なバラツキを表す値である。
【００４０】
配光特性データｄは、特定の撮影条件で被写体を照射した際に撮像素子４に受光された撮像範囲内の画素毎の光量の値である。ここで特定の撮影条件とは、すべての撮像範囲内で被写体が同一条件にある場合をいい、本実施形態での特定の撮影条件は、すべての撮影範囲内で被写体との距離が一律１ｍであって、被写体の反射率が一律１８％である場合を例に説明する。この条件で撮影された照射手段６の配光特性データｄは、図３（ａ）に示すような値となるものとする。ここで撮像範囲の各画素の値は、基準となる中心の画素の光量を１００としたときの中心画素との差の相対比で表す。各画素の位置は、数１で示す数式で表すものとする。
【００４１】
【数１】
【００４２】
また、本実施形態での特定の撮像範囲内の画素の位置とは、中心画素の位置とする。なお、この中心画素に対応する光量は、光量が最も多い位置である。各画素の配光補正データＫ１は、各画素の位置に対応する光量と中心画素の位置に対応する光量との差を中心画素の位置に対応する光量で除した値である。具体的には、配光補正データＫ１は、図３（ｂ）に示すデータであり、数２で示す計算式で演算することで求められる。
【００４３】
【数２】
【００４４】
次に、制御部１３による（第２）撮像データの補正制御について、図２〜図４を参酌しつつ、説明する。まず、撮影者によってシャッタースイッチが中押しされる（ＳＴ０１でＹＥＳ）と、レンズ駆動部３を制御して、撮像レンズ２を駆動させる（ＳＴ０２）。その後、制御部１３は、照射手段６の配光補正値メモリ１７から配光補正データＫ１を取り込み（ＳＴ０３）、メモリ８に記憶する（ＳＴ０４）。この配光補正データＫ１は、前述のとおり図３（ｂ）に示す値である。このようにして、制御部１３は、撮像する前に被写体に外付けされた照射手段６の配光補正データＫ１を配光補正値メモリ１７から制御部１３に取り込むことにより、取り付けられている照射手段６の配光補正データＫ１を利用することができるようになっている。
【００４５】
続けて、撮影者によってシャッタースイッチが全押しされる（ＳＴ０５でＹＥＳ）と、制御部１３は、撮像素子４を制御して、第１撮像データｄ１を取得し（ＳＴ０６）、メモリ８に記憶する（ＳＴ０７）。ここで、撮影者が撮影する被写体の撮影条件として、撮像装置１と被写体との距離は、ｘ軸がｘ＝１〜３で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で２ｍ、ｘ軸がｘ＝４，５で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で１ｍとする。また、被写体の反射率は、ｘ軸がｘ＝１で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で３６％、ｘ軸がｘ＝２，５で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で９％、ｘ軸がｘ＝３，４で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で１８％とする。この第１撮像データｄ１は、図３（ｃ）に示す値となるものとする。第１撮像データｄ１は、下記の式で表すものとする。
【００４６】
【数３】
【００４７】
制御部１３は、第１撮像データｄ１が取得されてから、照射手段６の駆動部１６を制御して被写体の光量を補う光を被写体に照射する（ＳＴ０８）。その後、制御部１３は、撮像素子４を制御して、光により光量が補われた被写体からの光を撮像素子４で受光し、第２撮像データｄ２を取得し（ＳＴ０９）、メモリ８に記憶する（ＳＴ１０）。この第２撮像データｄ２は、図３（ｄ）に示す値である。第２撮像データｄ２は、下記の式で表され、下記の数式より、第１撮像データｄ１、被写体との距離Ｌ０及び被写体の反射率Ｒ０から演算することもできる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
次に、制御部１３は、第１撮像データｄ１と第２撮像データｄ２とをメモリ８から読み込み（ＳＴ１１）、第１撮像データｄ１及び第２撮像データｄ２の光量の差である差分データΔｄを演算する（ＳＴ１２）。差分データΔｄは、図４（ａ）に示す値である。差分データΔｄは、下記の数式で表される。
【００５０】
【数５】
【００５１】
制御部１３は、メモリ８から配光補正データＫ１を読み込み（ＳＴ１３）、該配光補正データＫ１とこの差分データΔｄとを掛け合わせることによって乗算データ（画像補正データ）Δｉを演算する（ＳＴ１４）。画像補正データΔｉは、図４（ｂ）に示す値である。画像補正データΔｉは、下記の数式で表される。
【００５２】
【数６】
【００５３】
制御部１３は、メモリ８から第２撮像データｄ２を読み込み（ＳＴ１５）、該第２撮像データｄ２に画像補正データΔｉを加算することにより第２撮像データｄ２を補正し（ＳＴ１６）、これを画像データとしてメモリ８に記憶する（ＳＴ１７）。補正された第２撮像データＤ２は、図４（ｃ）に示す値である。補正された第２撮像データＤ２は、下記の数式で表される。
【００５４】
【数７】
【００５５】
このように、撮像装置１は、第１撮像モードと第２撮像モードの２回、異なる条件で被写体を撮像する。すなわち、画像形成部５は、第１撮像モードで、照射手段６により光が被写体に照射される前に撮像素子４から第１撮像データｄ１を取得すると共に、第２撮像モードで、照射手段６により補助光が被写体に照射された後に撮像素子４から撮像データｄ２を取得する。
【００５６】
画像形成部５は、これらの第１撮像データｄ１と第２撮像データｄ２との差分データ、すなわち、実際に被写体を撮像した撮像環境（被写体毎の撮像素子４との距離や被写体の反射率など）に基づく差分データΔｄを演算する。そして、画像形成部５は、所定条件で照射する照射手段６の配光特性データｄに基づく配光補正データＫ１を、差分データΔｄを考慮して演算することにより、被写体の撮像環境に基づく画像補正データΔｉが演算される。第２撮像データｄ２は、この画像補正データΔｉで補正することにより、光をレンズアレイで整形して被写体に照射した図５（ａ）に示すような照射範囲Ｒを、撮影範囲の被写体の状況に対応して撮像データの光量を図５（ｂ）に示す撮影範囲Ｑで照射範囲Ｒを的確に補正することができる。
【００５７】
また、画像形成部５は、照射手段６により光が照射される前の、光の残光のない状態の被写体を撮像した第１撮像データｄ１を取得することができる。すなわち、画像形成部５は、光の残光の影響を受けずに第１撮像データｄ１を取得することができ、また、光の残光がなくなるまで撮像データの取得を待つ必要もなく第１撮像データｄ１を取得することができる。その後に、画像形成部５は、照射手段６により光が照射された後の、光が照射された状態の被写体を撮像した第２撮像データｄ２を取得することができる。よって、画像形成部５は、短期間に第１撮像データｄ１と第２撮像データｄ２とを取得することができる。
【００５８】
次に本発明の第２実施形態に係る撮像装置について、図６を参酌しつつ説明する。同実施形態に係る撮像装置１８の制御部１３（画像形成部５）は、第２撮像モードにて第２撮像データｄ２を取得した後、第１撮像モードにて第１撮像データｄ１を取得する。よって、同実施形態に係る撮像装置１８は、照射手段６が照射した光の光量を検知可能な光量検知手段１９を備え、制御部１３は、該光量検知手段１９が所定の光量以下となったことを検知した後に第１撮像データｄ１を取得する。
【００５９】
光量検知手段１９は、第１撮像データｄ２を撮像するために、光が照射されていない状態であることを確かめるために、照射手段６を照射する前の被写体の光量以下となるのを検知する。よって、光量検知手段１９は、被写体からの光量を計測することにより、被写体の光量が所定の光量以下であることを検知するものであってもよいし、被写体から所定の光量以上で又は所定の光量以下でＯＮ／ＯＦＦするスイッチにより検知するものであってもよい。
【００６０】
このように、画像形成部５は、照射手段６により光を被写体に照射した後に、撮像素子４から第２撮像データｄ２を取得する。その後、画像形成部５は、光の残光の影響のない所定の光量以下になるまで撮像データの取得を待って、第１撮像データｄ１を取得する。よって、画像形成部５は、第２撮像データｄ２の取得タイミングで撮像することができる。すなわち、画像形成部５は、画像補正データΔｉを形成するために第１撮像データｄ１の取得が完了するのを待って、第２撮像データｄ２を取得する必要がなく、第２撮像データｄ２の取得タイミングが遅れることがない。
【００６１】
また、画像形成部５は、光量検知手段１９により第１撮像データｄ１の取得タイミングである光の残光が所定の光量以下となったときを検知することができる。よって、光の残光が所定の光量以下となったタイミングで第１撮像データｄ１を撮像素子４から取得するため、第１撮像データｄ１が光の残光の影響を受けないように確認してから取得することができる。
【００６２】
なお、撮像装置１８は、光量検知手段１９の代わりに、照射手段６が光を照射するために照射手段６に流れる電流値を計測可能な電流計測手段を備え、画像形成部５は、該電流計測手段が所定の電流値以下となったことを検知した後に第１撮像データｄ２を撮像素子４から取得するようにしてもよい。
【００６３】
電流計測手段は、発光素子１４を発光させる発光電流を計測する電流計とする。ところが、発光電流が０Ａ又は略０Ａとなった場合であっても、発光素子１４から光が放射されることがある。これを考慮して、撮像装置は、電流計測手段が所定の電流値を検知した後に、発光素子１４から放射される残光の影響がなくなることにより、被写体の光量が所定の光量以下となる遅延時間が予め計測されており、その遅延時間が設定された遅延回路（タイマ）を備えるようにしてもよい。すなわち、制御部１３は、電流計測手段による検知結果をこの遅延回路で検知を遅らせ、この遅延回路からの検知に基づき被写体の光量が所定の光量以下となったことを検知するようにしてもよい。
【００６４】
このように、画像形成部５は、電流計測手段により第１撮像データｄ１の取得タイミングである光の残光が所定の光量以下となったときを照射手段６に流れる電流値で検知することができる。よって、この光の残光が所定の光量以下となったタイミングに第１撮像データｄ１を撮像素子４から取得するため、第１撮像データｄ１が光の残光の影響を受けないように確認してから取得することができる。
【００６５】
なお、本発明に係る撮像装置及び撮像データ補正方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６６】
例えば、上記実施形態に係る撮像装置１は、照射手段６を外付けする例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、撮像装置は、照射手段６を内蔵するものであってもよい。この場合において、配光補正データＫ１は、照射手段６の配光補正値メモリ１７に記憶されていてもよいし、メモリ８に記憶されていてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態に係る撮像装置１は、配光補正データＫ１を撮像レンズ２を駆動させた後に照射手段６の配光補正値メモリ１７から取り込み、メモリ８に記憶する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、配光補正データＫ１は、一度メモリ８内に記憶されると、照射手段６を取り外すまで記憶させ続けてもよいし、画像補正データΔｉを演算する前までのいずれかのステップに照射手段６の配光補正値メモリ１７から取り込み、メモリ８に記憶されるようにしてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態に係る撮像装置１は、乗算データ（画像補正データ）を第２撮像データに加算して画像データを形成したが、乗算データ（画像補正データ）と第２撮像データの少なくともいずれか一方に所定の係数を乗算した状態で加算するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る撮像装置及び画像データ形成方法は、デジタルスチルカメラや、カメラモジュールを備えた携帯電話機その他の小型機器を構成するものとして有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１ 撮像装置
２ 撮影レンズ
３ レンズ駆動部
４ 撮像素子
５ 画像形成部
６ 照射手段
７ 操作部
８ メモリ
９ 液晶モニタ
１０ メモリカード
１１ ＡＤ変換部
１２ バッファメモリ
１３ 制御部
１４ 発光素子
１５ 光学パネル
１６ 駆動部
１７ 配光補正値メモリ
１８ 撮像装置
１９ 光量検知手段
ｄ１ 第１撮像データ
ｄ２ 第２撮像データ
ｄ 配光特性データ
Ｋ１ 配光補正データ
Δｄ 差分データ
Δｉ 乗算データ（画像補正データ）
Ｄ２ 補正された第２撮像データ（画像データ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルスチルカメラや、カメラモジュールを備えた携帯電話機等に設けられ、照射手段により照射された被写体の撮像データを補正して画像データを形成する撮像装置及び画像データ形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、撮像装置による被写体の撮影は、撮影範囲におけるすべての被写体に光量が均一に照射される晴天時の屋外で行われることが理想とされている。これは、光源としての太陽が各被写体に対して無限遠に位置しており、被写体が撮影範囲のどこに位置していても、どのような動きをしていても、均一に光が照射されるためである。
【０００３】
ところが、撮影が夜間や屋内などで行われる場合、被写体は、太陽光が遮られることにより、撮影に必要な光量が不足する場合がある。このような環境での撮影に備えて、撮像装置には、撮影範囲にある被写体の光量不足を補うために、補助光を照射するストロボ装置やＬＥＤランプ等の照射手段が備えられている。
【０００４】
この照射手段は、撮影範囲の被写体を晴天時の屋外同様に均一に照射することが求められている。しかし、照射手段は、その発光源の形状により、照射する位置によって照射される光量に偏り（バラツキ）がある。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載されたデジタルスチルカメラには、ＬＥＤ素子を光源として備える発光モジュールと、ＬＥＤ素子から照射される光が撮影範囲で略均一となるように配光を制御するレンズアレイとを有する照射手段を備えている。この照射手段は、ＬＥＤ素子から照射される光の光路をレンズアレイで撮影範囲全体に亘り略均一となるように配光を制御して被写体を照射する。しかし、この照射手段は、レンズアレイの構成が複雑であるため、このレンズアレイのみで被写体を照射する光を完全に均一化しようとすると、大型化するか、高い寸法精度が求められ、現実的には均一にするのは不可能である。
【０００６】
このような事情により、撮像データは、被写体に照射する照射光を完全に均一にして撮影せずに、撮影後に被写体に照射された光が均一に照射されたように補正することが行われている。例えば、特許文献２に記載された画像補正装置は、デジタルスチルカメラと外部電子機器とを備える。デジタルスチルカメラは、閃光放電管と、被写体を撮像する撮像装置と、主被写体の輝度を検出する測光装置と、主被写体までの距離を測定する測距装置と、被写体の撮像データを記憶する撮像データ記憶手段と、主被写体までの距離及び主被写体の輝度などの撮影情報を記憶する記憶装置とを備える。外部電子機器は、デジタルスチルカメラから撮像データと撮影情報とを読み取るインターフェースと、閃光放電管の発光量及び閃光放電管の配光特性等のカメラ情報を記憶するカメラ情報記憶手段と、撮像データを撮影情報及びカメラ情報に基づき補正するＣＰＵとを備える。
【０００７】
この画像補正装置の撮像データの補正について、具体的に説明する。まず、図７（ａ）に示すように、撮影範囲Ｑにおける閃光放電管の配光特性は、図７（ｃ）に実線で示すように、閃光放電管２０の長手方向中間位置が最も光量が高く、中心から外周に向かってその光量が低下している。例えば、有効配光角 −３０°〜＋３０°の範囲の照射範囲Ｒは、略楕円形の範囲を有しており、外周部分の光量が不足している。画像補正装置は、この撮影条件で撮影された撮影データを、撮影情報及びカメラ情報から閃光放電管２０の照射範囲Ｒ（有効配光角 −３０°〜＋３０°の範囲）が、図７（ｂ）に示すように撮影範囲Ｑにおいて光量が均一となるように図７（ｃ）に破線で示すような配光特性となるように補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−７９５２８号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２に記載される画像補正装置は、デジタルスチルカメラで撮影した後、外部電子機器で撮影データを補正するため、補正後の撮像データをデジタルスチルカメラの画面上で確認することができない。また、外部電子機器が補正に用いる閃光放電管の配光特性は、一本毎にそれぞれ固有の特性を有しており、事前に確認した配光特性により一律に補正を行うことになり、撮影範囲に多数存在する被写体ごとの距離や反射率に対応して補正できないため、正確な補正が行われているとはいえない。
【００１０】
従って、本発明は、かかる事情に鑑み、撮影範囲の被写体の状況に対応して撮像データの光量を均一に補正して画像データを形成することができる撮像装置及び画像データ形成方法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】
【００１１】
本発明の撮像装置は、被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部とを備え、照射手段による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射手段による光を被写体に照射した状態で撮像する第２撮像モードとをいずれか一方から先に実行する連続撮影が可能な撮像装置であって、前記画像形成部は、第１撮像モードにて第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードにて第２撮像データを取得し、第１撮像データと第２撮像データとの差分データを演算した上で、該差分データと、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データとの乗算データを演算し、該乗算データを前記第２撮像データに対する補正値として画像データを形成するという構成を有している。
【００１２】
かかる構成によれば、撮像装置は、第１撮像モードと第２撮像モードの２回、異なる条件で被写体を撮像する。すなわち、画像形成部は、第１撮像モードで、照射手段により光が被写体に照射されていない状態で撮像素子から第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードで、照射手段により光が被写体に照射された状態で撮像素子から第２撮像データを取得する。
【００１３】
画像形成部は、これらの第１撮像データと第２撮像データとの差分データ、すなわち、実際に被写体を撮像した撮像環境（被写体毎の撮像素子との距離や被写体の反射率など）に基づく撮像環境補正データを演算する。そして、画像形成部は、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データ、すなわち、照射手段からの光が撮像範囲において均一に照射される状況を仮定する上で当該照射手段の配光特性に対して必要となる配光補正データを、差分データ（撮像環境補正データ）に乗算することにより、該乗算データ、すなわち、被写体の撮像環境に基づく画像補正データが演算される。よって、画像形成部は、この乗算データ（画像補正データ）を補正値として用いることにより、第２撮像データを光量が均一なものに補正した画像データを形成することができる。
【００１４】
なお、「差分」とは、第１撮像データと第２撮像データとの減算値のみならず、第１撮像データと第２撮像データの少なくともいずれか一方に所定の係数を乗算した状態での減算値も含む。また、「乗算」とは、第１撮像データと第２撮像データとをそのまま乗算するのみならず、第１撮像データと第２撮像データの少なくともいずれか一方に所定の係数を乗算した状態での乗算を含む。
【００１５】
また、請求項２記載の発明において、前記画像形成部は、前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得した後、前記第２撮像モードにて前記第２撮像データを取得する構成を有することが好ましい。
【００１６】
かかる構成によれば、画像形成部は、照射手段により光が照射される前の、光の残光のない状態の被写体を撮像した第１撮像データを取得することができる。すなわち、画像形成部は、光の残光の影響を受けずに第１撮像データを取得することができ、また、光の残光がなくなるまで待つ必要もなく、第１撮像データを取得することができる。その後に、画像形成部は、照射手段により光が照射された状態の被写体を撮像した第２撮像データを取得することができる。よって、画像形成部は、短期間に第１撮像データと第２撮像データとを撮像することができる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明において、前記画像形成部は、前記第２撮像モードにて前記第２撮像データを取得した後、前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する構成を有することが好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、画像形成部は、照射手段により光を被写体に照射した状態で、撮像素子から第２撮像データを取得する。その後、画像形成部は、光の残光の影響のない所定の光量以下になるまで撮像データの取得を待って、第１撮像データを取得する。よって、画像形成部は、第２撮像データの取得タイミングで撮像することができる。すなわち、画像形成部は、乗算データ（画像補正データ）を形成するために第１撮像データの取得が完了するのを待って、第２撮像データを取得する必要がなく、第２撮像データの取得タイミングが遅れることがない。
【００１９】
また、請求項４記載の発明において、前記照射手段が照射した光の光量を検知可能な光量検知手段を備え、前記画像形成部は、該光量検知手段が所定の光量以下となったことを検知した後に前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する構成を有することが好ましい。
【００２０】
かかる構成によれば、画像形成部は、光量検知手段により第１撮像データの取得タイミングである光の残光が所定の光量以下となったときを検知することができる。よって、光の残光が所定の光量以下となったタイミングで第１撮像データを撮像素子から取得するため、第１撮像データが光の残光の影響を受けないように確認してから取得することができる。
【００２１】
また、請求項５記載の発明において、前記照射手段が光を照射するために照射手段に流れる電流値を計測可能な電流計測手段を備え、前記画像形成部は、該電流計測手段が所定の電流値以下となったことを検知した後に前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する構成を有することが好ましい。
【００２２】
かかる構成によれば、画像形成部は、電流計測手段により第１撮像データの取得タイミングである光の残光が所定の光量以下となったときを照射手段に流れる電流値で検知することができる。よって、光の残光が所定の光量以下となったタイミングで第１撮像データを撮像素子から取得するため、第１撮像データが光の残光の影響を受けないように確認してから取得することができる。
【００２３】
本発明の画像データ形成方法は、被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部とを備え、照射手段による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射手段による光を被写体に照射した状態で撮像する第２撮像モードとをいずれか一方から先に実行する連続撮影が可能な撮像装置における画像データ形成方法であって、第１撮像モードにて第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードにて第２撮像データを取得し、第１撮像データと第２撮像データとの差分データを演算した上で、該差分データと、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データとの乗算データを演算し、該乗算データを前記第２撮像データに対する補正値として画像データを形成する構成を有することが好ましい。
【００２４】
かかる構成によれば、撮像装置は、第１撮像モードと第２撮像モードの２回、異なる条件で被写体を撮像する。すなわち、画像形成部は、第１撮像モードで、照射手段により光が被写体に照射されていない状態で撮像素子から第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードで、照射手段により光が被写体に照射された状態で撮像素子から第２撮像データを取得する。
【００２５】
画像形成部は、これらの第１撮像データと第２撮像データとの差分データ、すなわち、実際に被写体を撮像した撮像環境（被写体毎の撮像素子との距離や被写体の反射率など）に基づく撮像環境補正データを演算する。そして、画像形成部は、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データ、すなわち、照射手段からの光が撮像範囲において均一に照射される状況を仮定する上で当該照射手段の配光特性に対して必要となる配光補正データを、差分データ（撮像環境補正データ）に乗算することにより、該乗算データ、すなわち、被写体の撮像環境に基づく画像補正データが演算される。よって、画像形成部は、この乗算データ（画像補正データ）を補正値として用いることにより、第２撮像データを光量が均一なものに補正した画像データを形成することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の撮像装置及び画像データ形成方法によれば、撮影範囲の被写体の状況に対応して撮像データの光量を均一に補正して画像データを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置のブロック図
【図２】同実施形態に係る撮像装置の撮像データの補正制御フロー図
【図３】（ａ）は、撮像素子によって撮像される撮像範囲の画素毎に発光素子の配光特性を数値化して例示した図、（ｂ）は、撮像範囲の画素毎に配光補正データを数値化して例示した図、（ｃ）は、撮像範囲の画素毎に第１撮像データを数値化して例示した図、（ｄ）は、撮像範囲の画素毎に第２撮像データを数値化して例示した図
【図４】（ａ）は、撮像範囲の画素毎に差分データを数値化して例示した図、（ｂ）は、撮像範囲の画素毎に乗算データ（画像補整データ）を数値化して例示した図、（ｃ）は、撮像範囲の画素毎に補正された第２撮像データ（画像データ）を数値化して例示した図
【図５】（ａ）は、同実施形態に係る撮像装置の撮像領域と補正前の照射領域との関係を示す図、（ｂ）は、同実施形態に係る撮像装置の撮像領域と補正後の照射領域との関係を示す図
【図６】本発明の第２実施形態に係る撮像装置のブロック図
【図７】（ａ）は、従来の撮像装置の撮像領域と補正前の照射領域との関係を示す図、（ｂ）は、従来の撮像装置の撮像領域と補正後の照射領域との関係を示す図、（ｃ）は、従来の撮像装置の補正前と補正後の補助光の配光特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の第１実施形態に係る撮像装置について、図面を参酌しつつ、説明する。まず、同実施形態に係る撮像装置１の構成について、図１を参酌しつつ、説明する。図１は、同実施形態に係る撮像装置１のブロック図である。同実施形態に係る撮像装置１は、被写体との焦点を合わせるために光軸方向に移動可能な撮影レンズ２と、該撮影レンズ２を光軸方向に駆動するレンズ駆動部３と、撮影レンズ２を介して被写体からの反射光を受光して被写体を撮像する撮像素子４と、該撮像素子４から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部５とを備える。撮像装置１は、更に、被写体の光量を補うべく被写体に光を照射する照射手段６が外付けされている。撮像装置１は、他に、撮影モードを選択するモードスイッチやシャッターを開くシャッタースイッチなどを有する操作部７と、撮像した撮像データや各種設定条件等を記憶する記憶手段として内蔵されているメモリ８と、撮像した撮像データや該撮像データの各種設定条件等を表示する表示手段としての液晶モニタ９と、撮像した撮像データや各種設定条件等を記憶するために取り外し可能に設けられている外部記憶媒体としてのメモリカード１０とを備える。
【００２９】
画像形成部５は、撮像素子４からアナログ信号として受光した反射光をデジタル信号に変換するＡＤ変換部１１と、該ＡＤ変換部１１で変換途中の撮像データ（反射光をデジタル信号に変換して形成されたデータ）を一時的に記憶するバッファメモリ１２と、設定条件に従ってレンズ駆動部３、撮像素子４、ＡＤ変換部１１、及び、バッファメモリ１２を制御する制御部１３とを備える。
【００３０】
制御部１３は、１回の撮像に対して、２回の異なる撮像モードを有する。この２回の撮像モードのうち一方の撮像モードは、被写体に光を照射していない状態で撮像する第１撮像モードである。他方の撮像モードは、被写体に光を照射した状態で撮像する第２撮像モードである。本実施形態に係る制御部１３は、第１撮像モードと第２撮像モードの順で連続撮像が行われることにより、第１撮像モードにて第１撮像データを取得した後、第２撮像モードにて第２撮像データを取得する。
【００３１】
制御部１３は、照射手段６から、照射手段６の配光特性に基づいて照射される光を均一に補正する配光補正データを受信可能である。ここで、照射手段６の配光特性とは、被写体が撮像される撮像データの撮像範囲において被写体を所定条件で照射したときの発光量又は発光係数である。
【００３２】
制御部１３は、第１撮像モードにて撮像される第１撮像データと第２撮像モードにて撮像される第２撮像データとを撮像素子４から取得し、第１撮像データ及び第２撮像データに基づいて被写体を撮像した撮像環境に基づく撮像環境補正データを演算する。具体的には、制御部１３は、撮像環境補正データとして、第１撮像データと第２撮像データとの光量の差である差分データを演算する。制御部１３は、差分データ（撮像環境補正データ）と配光補正データとに基づいて、撮像範囲において被写体に照射する光を被写体の撮像環境に基づいて均一にするために第２撮像データを補正する画像補正データを演算する。具体的には、制御部１３は、配光補正データと差分データとを掛け合わせる（乗算する）ことによって画像補正データを演算する。
【００３３】
照射手段６は、被写体の光量を補うために被写体に向かって発光する発光素子１４と、該発光素子１４から発光された光（補助光）を撮像範囲全体に亘って略均一になるように整形する光学パネル１５と、発光素子１４を駆動する駆動部１６と、配光補正データを記憶する配光補正データ記憶手段としての配光補正値メモリ１７とを備える。
【００３４】
発光素子１４は、キセノン管などの閃光放電管やＬＥＤランプなどの光源であり、単数又は複数の光源から構成されていてもよい。
【００３５】
配光補正値メモリ１７は、出荷時までに配光補正データを書き換え不能に記憶されるＲＯＭなどの読み取り専用の記憶手段であってもよいし、出荷後の配光補正データの書き換えに備えて書き換え可能に記憶されるＲＡＭなどの読み書き可能な記憶手段であってもよい。
【００３６】
メモリ８は、撮像素子４で撮像された第１撮像データ及び第２撮像データと、制御部１３で演算された差分データ、画像補正データ、及び、補正された第２撮像データと、照射手段６の配光補正値メモリ１７から読み取られた配光補正データとを記憶可能な記憶手段である。メモリ８は、制御部１３の制御信号によって、記憶しているデータを制御部１３に送信可能に接続されている。
【００３７】
次に、本実施形態に係る撮像装置１の画像形成について、図２〜図４を参酌しつつ説明する。図２は、同実施形態に係る撮像装置１の制御部１３の画像形成の各ステップを示す制御フロー図である。図３及び図４は、撮像データの補正に用いるデータを撮像素子４によって撮像される撮像範囲の画素毎に数値化して例示した参考図である。図３及び図４は、撮像範囲を横（ｘ軸方向）５ピクセル×縦（ｙ軸方向）５ピクセルで表現する。
【００３８】
まず、撮像データの補正に必要となる配光補正データについて説明する。なお、配光補正データは、製品出荷前までに、製品毎に実際に発光させて測定した配光特性データから均一配光になる補正データを計算し、照射手段６の配光補正値メモリ１７に記憶される。
【００３９】
配光補正データＫ１は、撮像素子４により撮像され、且つ、複数の領域から形成される撮像範囲の領域（画素）ごとに演算される。配光補正データＫ１は、撮像範囲の画素毎における照射手段６の配光特性データｄに基づく光量及び基準とする画素での光量の差を、その基準とする画素の光量で除した値であり、特定の画素での光量を基準に各画素の光量の相対的なバラツキを表す値である。
【００４０】
配光特性データｄは、特定の撮影条件で被写体を照射した際に撮像素子４に受光された撮像範囲内の画素毎の光量の値である。ここで特定の撮影条件とは、すべての撮像範囲内で被写体が同一条件にある場合をいい、本実施形態での特定の撮影条件は、すべての撮影範囲内で被写体との距離が一律１ｍであって、被写体の反射率が一律１８％である場合を例に説明する。この条件で撮影された照射手段６の配光特性データｄは、図３（ａ）に示すような値となるものとする。ここで撮像範囲の各画素の値は、基準となる中心の画素の光量を１００としたときの中心画素との差の相対比で表す。各画素の位置は、数１で示す数式で表すものとする。
【００４１】
【数１】
【００４２】
また、本実施形態での特定の撮像範囲内の画素の位置とは、中心画素の位置とする。なお、この中心画素に対応する光量は、光量が最も多い位置である。各画素の配光補正データＫ１は、各画素の位置に対応する光量と中心画素の位置に対応する光量との差を中心画素の位置に対応する光量で除した値である。具体的には、配光補正データＫ１は、図３（ｂ）に示すデータであり、数２で示す計算式で演算することで求められる。
【００４３】
【数２】
【００４４】
次に、制御部１３による（第２）撮像データの補正制御について、図２〜図４を参酌しつつ、説明する。まず、撮影者によってシャッタースイッチが中押しされる（ＳＴ０１でＹＥＳ）と、レンズ駆動部３を制御して、撮像レンズ２を駆動させる（ＳＴ０２）。その後、制御部１３は、照射手段６の配光補正値メモリ１７から配光補正データＫ１を取り込み（ＳＴ０３）、メモリ８に記憶する（ＳＴ０４）。この配光補正データＫ１は、前述のとおり図３（ｂ）に示す値である。このようにして、制御部１３は、撮像する前に被写体に外付けされた照射手段６の配光補正データＫ１を配光補正値メモリ１７から制御部１３に取り込むことにより、取り付けられている照射手段６の配光補正データＫ１を利用することができるようになっている。
【００４５】
続けて、撮影者によってシャッタースイッチが全押しされる（ＳＴ０５でＹＥＳ）と、制御部１３は、撮像素子４を制御して、第１撮像データｄ１を取得し（ＳＴ０６）、メモリ８に記憶する（ＳＴ０７）。ここで、撮影者が撮影する被写体の撮影条件として、撮像装置１と被写体との距離は、ｘ軸がｘ＝１〜３で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で２ｍ、ｘ軸がｘ＝４，５で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で１ｍとする。また、被写体の反射率は、ｘ軸がｘ＝１で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で３６％、ｘ軸がｘ＝２，５で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で９％、ｘ軸がｘ＝３，４で且つｙ軸がｙ＝１〜５の撮像範囲で１８％とする。この第１撮像データｄ１は、図３（ｃ）に示す値となるものとする。第１撮像データｄ１は、下記の式で表すものとする。
【００４６】
【数３】
【００４７】
制御部１３は、第１撮像データｄ１が取得されてから、照射手段６の駆動部１６を制御して被写体の光量を補う光を被写体に照射する（ＳＴ０８）。その後、制御部１３は、撮像素子４を制御して、光により光量が補われた被写体からの光を撮像素子４で受光し、第２撮像データｄ２を取得し（ＳＴ０９）、メモリ８に記憶する（ＳＴ１０）。この第２撮像データｄ２は、図３（ｄ）に示す値である。第２撮像データｄ２は、下記の式で表され、下記の数式より、第１撮像データｄ１、被写体との距離Ｌ０及び被写体の反射率Ｒ０から演算することもできる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
次に、制御部１３は、第１撮像データｄ１と第２撮像データｄ２とをメモリ８から読み込み（ＳＴ１１）、第１撮像データｄ１及び第２撮像データｄ２の光量の差である差分データΔｄを演算する（ＳＴ１２）。差分データΔｄは、図４（ａ）に示す値である。差分データΔｄは、下記の数式で表される。
【００５０】
【数５】
【００５１】
制御部１３は、メモリ８から配光補正データＫ１を読み込み（ＳＴ１３）、該配光補正データＫ１とこの差分データΔｄとを掛け合わせることによって乗算データ（画像補正データ）Δｉを演算する（ＳＴ１４）。画像補正データΔｉは、図４（ｂ）に示す値である。画像補正データΔｉは、下記の数式で表される。
【００５２】
【数６】
【００５３】
制御部１３は、メモリ８から第２撮像データｄ２を読み込み（ＳＴ１５）、該第２撮像データｄ２に画像補正データΔｉを加算することにより第２撮像データｄ２を補正し（ＳＴ１６）、これを画像データとしてメモリ８に記憶する（ＳＴ１７）。補正された第２撮像データＤ２は、図４（ｃ）に示す値である。補正された第２撮像データＤ２は、下記の数式で表される。
【００５４】
【数７】
【００５５】
このように、撮像装置１は、第１撮像モードと第２撮像モードの２回、異なる条件で被写体を撮像する。すなわち、画像形成部５は、第１撮像モードで、照射手段６により光が被写体に照射される前に撮像素子４から第１撮像データｄ１を取得すると共に、第２撮像モードで、照射手段６により補助光が被写体に照射された後に撮像素子４から撮像データｄ２を取得する。
【００５６】
画像形成部５は、これらの第１撮像データｄ１と第２撮像データｄ２との差分データ、すなわち、実際に被写体を撮像した撮像環境（被写体毎の撮像素子４との距離や被写体の反射率など）に基づく差分データΔｄを演算する。そして、画像形成部５は、所定条件で照射する照射手段６の配光特性データｄに基づく配光補正データＫ１を、差分データΔｄを考慮して演算することにより、被写体の撮像環境に基づく画像補正データΔｉが演算される。第２撮像データｄ２は、この画像補正データΔｉで補正することにより、光をレンズアレイで整形して被写体に照射した図５（ａ）に示すような照射範囲Ｒを、撮影範囲の被写体の状況に対応して撮像データの光量を図５（ｂ）に示す撮影範囲Ｑで照射範囲Ｒを的確に補正することができる。
【００５７】
また、画像形成部５は、照射手段６により光が照射される前の、光の残光のない状態の被写体を撮像した第１撮像データｄ１を取得することができる。すなわち、画像形成部５は、光の残光の影響を受けずに第１撮像データｄ１を取得することができ、また、光の残光がなくなるまで撮像データの取得を待つ必要もなく第１撮像データｄ１を取得することができる。その後に、画像形成部５は、照射手段６により光が照射された後の、光が照射された状態の被写体を撮像した第２撮像データｄ２を取得することができる。よって、画像形成部５は、短期間に第１撮像データｄ１と第２撮像データｄ２とを取得することができる。
【００５８】
次に本発明の第２実施形態に係る撮像装置について、図６を参酌しつつ説明する。同実施形態に係る撮像装置１８の制御部１３（画像形成部５）は、第２撮像モードにて第２撮像データｄ２を取得した後、第１撮像モードにて第１撮像データｄ１を取得する。よって、同実施形態に係る撮像装置１８は、照射手段６が照射した光の光量を検知可能な光量検知手段１９を備え、制御部１３は、該光量検知手段１９が所定の光量以下となったことを検知した後に第１撮像データｄ１を取得する。
【００５９】
光量検知手段１９は、第１撮像データｄ２を撮像するために、光が照射されていない状態であることを確かめるために、照射手段６を照射する前の被写体の光量以下となるのを検知する。よって、光量検知手段１９は、被写体からの光量を計測することにより、被写体の光量が所定の光量以下であることを検知するものであってもよいし、被写体から所定の光量以上で又は所定の光量以下でＯＮ／ＯＦＦするスイッチにより検知するものであってもよい。
【００６０】
このように、画像形成部５は、照射手段６により光を被写体に照射した後に、撮像素子４から第２撮像データｄ２を取得する。その後、画像形成部５は、光の残光の影響のない所定の光量以下になるまで撮像データの取得を待って、第１撮像データｄ１を取得する。よって、画像形成部５は、第２撮像データｄ２の取得タイミングで撮像することができる。すなわち、画像形成部５は、画像補正データΔｉを形成するために第１撮像データｄ１の取得が完了するのを待って、第２撮像データｄ２を取得する必要がなく、第２撮像データｄ２の取得タイミングが遅れることがない。
【００６１】
また、画像形成部５は、光量検知手段１９により第１撮像データｄ１の取得タイミングである光の残光が所定の光量以下となったときを検知することができる。よって、光の残光が所定の光量以下となったタイミングで第１撮像データｄ１を撮像素子４から取得するため、第１撮像データｄ１が光の残光の影響を受けないように確認してから取得することができる。
【００６２】
なお、撮像装置１８は、光量検知手段１９の代わりに、照射手段６が光を照射するために照射手段６に流れる電流値を計測可能な電流計測手段を備え、画像形成部５は、該電流計測手段が所定の電流値以下となったことを検知した後に第１撮像データｄ２を撮像素子４から取得するようにしてもよい。
【００６３】
電流計測手段は、発光素子１４を発光させる発光電流を計測する電流計とする。ところが、発光電流が０Ａ又は略０Ａとなった場合であっても、発光素子１４から光が放射されることがある。これを考慮して、撮像装置は、電流計測手段が所定の電流値を検知した後に、発光素子１４から放射される残光の影響がなくなることにより、被写体の光量が所定の光量以下となる遅延時間が予め計測されており、その遅延時間が設定された遅延回路（タイマ）を備えるようにしてもよい。すなわち、制御部１３は、電流計測手段による検知結果をこの遅延回路で検知を遅らせ、この遅延回路からの検知に基づき被写体の光量が所定の光量以下となったことを検知するようにしてもよい。
【００６４】
このように、画像形成部５は、電流計測手段により第１撮像データｄ１の取得タイミングである光の残光が所定の光量以下となったときを照射手段６に流れる電流値で検知することができる。よって、この光の残光が所定の光量以下となったタイミングに第１撮像データｄ１を撮像素子４から取得するため、第１撮像データｄ１が光の残光の影響を受けないように確認してから取得することができる。
【００６５】
なお、本発明に係る撮像装置及び撮像データ補正方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６６】
例えば、上記実施形態に係る撮像装置１は、照射手段６を外付けする例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、撮像装置は、照射手段６を内蔵するものであってもよい。この場合において、配光補正データＫ１は、照射手段６の配光補正値メモリ１７に記憶されていてもよいし、メモリ８に記憶されていてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態に係る撮像装置１は、配光補正データＫ１を撮像レンズ２を駆動させた後に照射手段６の配光補正値メモリ１７から取り込み、メモリ８に記憶する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、配光補正データＫ１は、一度メモリ８内に記憶されると、照射手段６を取り外すまで記憶させ続けてもよいし、画像補正データΔｉを演算する前までのいずれかのステップに照射手段６の配光補正値メモリ１７から取り込み、メモリ８に記憶されるようにしてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態に係る撮像装置１は、乗算データ（画像補正データ）を第２撮像データに加算して画像データを形成したが、乗算データ（画像補正データ）と第２撮像データの少なくともいずれか一方に所定の係数を乗算した状態で加算するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る撮像装置及び画像データ形成方法は、デジタルスチルカメラや、カメラモジュールを備えた携帯電話機その他の小型機器を構成するものとして有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１ 撮像装置
２ 撮影レンズ
３ レンズ駆動部
４ 撮像素子
５ 画像形成部
６ 照射手段
７ 操作部
８ メモリ
９ 液晶モニタ
１０ メモリカード
１１ ＡＤ変換部
１２ バッファメモリ
１３ 制御部
１４ 発光素子
１５ 光学パネル
１６ 駆動部
１７ 配光補正値メモリ
１８ 撮像装置
１９ 光量検知手段
ｄ１ 第１撮像データ
ｄ２ 第２撮像データ
ｄ 配光特性データ
Ｋ１ 配光補正データ
Δｄ 差分データ
Δｉ 乗算データ（画像補正データ）
Ｄ２ 補正された第２撮像データ（画像データ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部とを備え、照射手段による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射手段による光を被写体に照射した状態で撮像する第２撮像モードとをいずれか一方から先に実行する連続撮影が可能な撮像装置であって、前記画像形成部は、第１撮像モードにて第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードにて第２撮像データを取得し、第１撮像データと第２撮像データとの差分データを演算した上で、該差分データと、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データとの乗算データを演算し、該乗算データを前記第２撮像データに対する補正値として画像データを形成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記画像形成部は、前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得した後、前記第２撮像モードにて前記第２撮像データを取得する請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画像形成部は、前記第２撮像モードにて前記第２撮像データを取得した後、前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記照射手段が照射した光の光量を検知可能な光量検知手段を備え、前記画像形成部は、該光量検知手段が所定の光量以下となったことを検知した後に前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記照射手段が光を照射するために前記照射手段に流れる電流値を計測可能な電流計測手段を備え、前記画像形成部は、該電流計測手段が所定の電流値以下となったことを検知した後に前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する請求項３記載の撮像装置。
【請求項６】
被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部とを備え、照射手段による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射手段による光を被写体に照射した状態で撮像する第２撮像モードとをいずれか一方から先に実行する連続撮影が可能な撮像装置における画像データ形成方法であって、第１撮像モードにて第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードにて第２撮像データを取得し、第１撮像データと第２撮像データとの差分データを演算した上で、該差分データと、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データとの乗算データを演算し、該乗算データを前記第２撮像データに対する補正値として画像データを形成することを特徴とする画像データ形成方法。
【請求項１】
被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部とを備え、照射手段による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射手段による光を被写体に照射した状態で撮像する第２撮像モードとをいずれか一方から先に実行する連続撮影が可能な撮像装置であって、前記画像形成部は、第１撮像モードにて第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードにて第２撮像データを取得し、第１撮像データと第２撮像データとの差分データを演算した上で、該差分データと、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データとの乗算データを演算し、該乗算データを前記第２撮像データに対する補正値として画像データを形成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記画像形成部は、前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得した後、前記第２撮像モードにて前記第２撮像データを取得する請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画像形成部は、前記第２撮像モードにて前記第２撮像データを取得した後、前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記照射手段が照射した光の光量を検知可能な光量検知手段を備え、前記画像形成部は、該光量検知手段が所定の光量以下となったことを検知した後に前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記照射手段が光を照射するために前記照射手段に流れる電流値を計測可能な電流計測手段を備え、前記画像形成部は、該電流計測手段が所定の電流値以下となったことを検知した後に前記第１撮像モードにて前記第１撮像データを取得する請求項３記載の撮像装置。
【請求項６】
被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子から取得した撮像データに基づいて画像データを形成する画像形成部とを備え、照射手段による光を被写体に照射していない状態で撮像する第１撮像モードと、照射手段による光を被写体に照射した状態で撮像する第２撮像モードとをいずれか一方から先に実行する連続撮影が可能な撮像装置における画像データ形成方法であって、第１撮像モードにて第１撮像データを取得すると共に、第２撮像モードにて第２撮像データを取得し、第１撮像データと第２撮像データとの差分データを演算した上で、該差分データと、撮像範囲における照射手段の配光特性を平滑化するための配光補正データとの乗算データを演算し、該乗算データを前記第２撮像データに対する補正値として画像データを形成することを特徴とする画像データ形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１３４７９４（Ｐ２０１２−１３４７９４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５６０２（Ｐ２０１０−２８５６０２）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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