撮像装置
【課題】 露出制御の過不足に拘わらず最終的な画像データの仕上がりを良好にできる撮像装置を提供する。
【解決手段】 被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段(１２〜１４)と、画像データの階調変換を行う変換手段１７と、階調変換が行われる前の画像データの明暗を判定し、判定対象の画像データが基準の明るさより暗いときに、判定対象の画像データの階調変換の入出力特性を変更する変更手段(２１,２２)とを備える。入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含む。変更手段は、基準の明るさの画像データの階調変換の入出力特性に対して、少なくともガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、入出力特性を変更する。
【解決手段】 被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段(１２〜１４)と、画像データの階調変換を行う変換手段１７と、階調変換が行われる前の画像データの明暗を判定し、判定対象の画像データが基準の明るさより暗いときに、判定対象の画像データの階調変換の入出力特性を変更する変更手段(２１,２２)とを備える。入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含む。変更手段は、基準の明るさの画像データの階調変換の入出力特性に対して、少なくともガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、入出力特性を変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置では、被写体を撮影する前に、被写体の明るさに基づく露出制御を行う。つまり、被写体を撮影して得られる最終的な画像データ（撮像装置の出力）の明暗が適正となるように、被写体の明るさに基づいて、撮影レンズの絞り径やシャッタ速度や撮像素子のＩＳＯ感度などを制御する（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４１２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のような露出制御を行っても、最終的な画像データ（撮像装置の出力）が予想外に明るくなったり暗くなったりすることがあり、その仕上がりは必ずしも良好とは言えなかった。
本発明の目的は、露出制御の過不足に拘わらず最終的な画像データの仕上がりを良好にできる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記画像データの階調変換を行う変換手段と、前記階調変換が行われる前の前記画像データの明暗を判定し、判定対象の前記画像データが基準の明るさより暗いときに、該判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、前記判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更するものである。
【０００５】
請求項２に記載の撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記画像データの階調変換を行う変換手段と、前記階調変換が行われる前の前記画像データの明暗を判定し、判定対象の前記画像データが基準の明るさより明るいときに、該判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で前記出力レベルが小さくなるように、前記判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更するものである。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、前記変更手段は、前記画像データの予め定めた適正露出の際の明るさを前記基準として前記明暗の判定を行い、前記変換手段から出力される画像データが適正露出となるように、前記判定対象の画像データの前記入出力特性を変更するものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の撮像装置において、動画撮影時または連写撮影時に、前記変更手段が前記画像データの明暗を判定する際の前記明暗に関わる評価値を記録する記録手段を備え、前記変更手段は、動画撮影時または連写撮影時、前記記録手段に記録された前記評価値を加味して、前記判定対象の画像データの前記入出力特性を変更するものである。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の撮像装置において、動画撮影時または連写撮影時に、前記記録手段に記録された前記評価値を加味して、前記撮像手段の露出制御を行う制御手段を備えたものである。
請求項６に記載の撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記撮像手段とは別に設けられ、前記撮像手段が前記被写体像を撮像する前に、該被写体像を測光する測光手段と、前記測光手段の出力に基づいて前記画像データの明暗を推定し、該画像データが基準の明るさより暗くなるように、前記撮像手段の露出制御を行う制御手段と、前記画像データの階調変換を行う変換手段と、前記基準の明るさより暗い前記画像データの前記階調変換が行われる前に、前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、前記基準の明るさより暗い前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更するものである。
【０００８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の撮像装置において、前記測光手段の出力に基づいて前記画像データの飽和量を推定する推定手段を備え、前記制御手段は、前記飽和量に応じて前記撮像手段の露出制御を行い、前記変更手段は、前記飽和量に応じて前記入出力特性を変更するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の撮像装置によれば、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の撮像装置１０には、図１に示す通り、撮影レンズ１１と、撮像素子１２と、アナログゲイン部１３と、Ａ/Ｄ変換部１４と、ホワイトバランス処理部１５と、補間処理部１６と、階調変換部１７と、測光センサ１８と、ＡＥ算出部１９と、ＡＥ制御部２０と、明暗判定部２１と、階調変換カーブ設定部２２とが設けられる。撮像素子１２は、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどである。撮像装置１０は、デジタル一眼レフカメラまたはデジタルコンパクトカメラである。
【００１１】
被写体からの光は、撮影レンズ１１を介して撮像素子１２に入射する。撮像素子１２の撮像面には、被写体像が形成される。撮像素子１２は、被写体像を撮像してアナログ撮像信号を出力する。アナログ撮像信号は、アナログゲイン部１３で増幅され、Ａ/Ｄ変換部１４でデジタル信号（以下「画像データ」）に変換される。撮像素子１２とアナログゲイン部１３とＡ/Ｄ変換部１４は、総じて、被写体像を撮像して画像データを生成する手段として機能する（請求項の「撮像手段」に対応）。
【００１２】
さらに、Ａ/Ｄ変換部１４からの画像データには、ホワイトバランス処理部１５でホワイトバランス処理が施され、補間処理部１６で補間処理が施される。そして、階調変換部１７で、画像データの階調変換が行われる。階調変換部１７は、請求項の「変換手段」に対応する。これらの各処理が行われた後の最終的な画像データは、圧縮処理などを経て不図示の記録部などに出力される。
【００１３】
また、撮像素子１２とは別に設けられた測光センサ１８は、撮像素子１２が被写体像を撮像する前に、被写体像を測光して、ＡＥ算出部１９に検知信号を出力する。ＡＥ算出部１９は、測光センサ１８の出力に基づいて、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データの明暗を推定し、この画像データが適正露出となるように、撮像手段(１２〜１４)の露出制御のための設定値を算出する。
【００１４】
ＡＥ制御部２０は、ＡＥ算出部１９によって算出された設定値に基づいて、撮像素子１２が被写体像を撮像する際の露出制御を行い、撮影レンズ１１の絞り径やシャッタ速度や撮像素子１２のＩＳＯ感度のうち少なくとも１つのパラメータを調整する。そして、露出制御の後、設定値の絞り径とシャッタ速度に応じて撮像素子１２による被写体像の撮像が行われ、さらに設定値のＩＳＯ感度に応じてアナログゲイン部１３による信号増幅が行われ、後段の各部(１４〜１７)を経て、最終的な画像データが得られる。
【００１５】
被写体を撮影する前に、撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行うことにより、基本的には、最終的な画像データの仕上がりを適正露出にすることができる。しかし、このような露出制御を行っても、最終的な画像データが予想外に明るくなったり暗くなったりすることがあり、その仕上がりは必ずしも良好とは言えない。
このため、本実施形態の撮像装置１０では、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データを明暗判定部２１に取り込み、そこでの判定結果を階調変換カーブ設定部２２に取り込み、必要に応じて階調変換カーブ（階調変換部１７の入出力特性）を変更し、明暗判定部２１に取り込まれた判定対象の画像データの明暗を階調変換部１７における階調変換によって補正する。明暗判定部２１と階調変換カーブ設定部２２とは、総じて、請求項の「変更手段」に対応する。
【００１６】
具体的に説明すると、明暗判定部２１は、Ａ/Ｄ変換部１４から画像データを取り込み、この画像データの画面の少なくとも一部分を多数の小領域に分割し、各々の小領域ごとに輝度レベルを算出する。さらに、各輝度レベルから平均輝度（または合計輝度）を算出し、階調変換が行われる前の画像データの明暗に関わる評価値とする。そして、画像データの予め定めた適正露出の際の明るさを基準として、画像データの明暗を判定する。例えば、画像データの明暗に関わる評価値と予め定めた基準の明るさとを比較し、その偏差をＥＶ（exposure value）に換算し、ＥＶに基づいて画像データの明暗を判定する。
【００１７】
次に、階調変換カーブ設定部２２は、明暗判定部２１における上記の判定の結果、判定対象の画像データが基準の明るさに等しいときに（ＥＶ＝０）、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブを階調変換部１７に設定する。この場合、判定対象の画像データ（基準の明るさ）は、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブにしたがって階調変換され、最終的に適正露出の画像データを得ることができる。
【００１８】
ここで、図２(ａ)の横軸は入力レベル、縦軸は出力レベルを表す。階調変換カーブは、図２(ａ)に示す通り、ガンマ特性部とニー(knee)特性部とで構成される。ガンマ特性部は、低レベル側のガンマ曲線に沿った入出力特性の部分である。ニー特性部は、高レベル側の略直線に沿った入出力特性の部分である。ニー特性部を有する場合、階調変換による画像データの白飛びを回避できる。なお、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブでは、ガンマ特性部とニー特性部に割り当てられた入力レベルのレンジが略等しい。
【００１９】
一方、明暗判定部２１における上記の判定の結果、判定対象の画像データが基準の明るさより暗いときには（ＥＶ＞０）、階調変換カーブ設定部２２が、判定対象の画像データの階調変換に用いられる階調変換カーブを変更する。つまり、図２(ａ)の階調変換カーブに対して、少なくともガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように変更し、図２(ｂ)に示す階調変換カーブを階調変換部１７に設定する。
【００２０】
例えば、判定対象の画像データが基準の明るさよりも“１/３ＥＶ”だけ暗い場合、階調変換カーブ設定部２２は、その偏差（１/３ＥＶ）に応じて、階調変換部１７から出力される画像データが適正露出となるように（つまり画像データの明暗が“１/３ＥＶ”だけ明るくなるように）、階調変換カーブを変更する。
図２(ａ),(ｂ)の比較から分かるように、図２(ｂ)の階調変換カーブは、図２(ａ)の階調変換カーブに対して、ガンマ特性部の入力レベルのレンジ割り当てが減少し、その分だけニー特性部のレンジ割り当てが増加したものとなっている。つまり、ガンマ特性部とニー特性部との交点Ｐの位置を比較すると、図２(ｂ)の階調変換カーブの方が、入力レベルの低レベル側に位置する。ただし、交点Ｐの出力レベルは同じである。
【００２１】
階調変換カーブを変更する際には、例えば、ガンマ特性部とニー特性部との交点Ｐの出力レベルを一定に保ちながら、明暗判定部２１で求められた偏差（１/３ＥＶ）に応じて、交点Ｐを入力レベルの低レベル側にシフトさせればよい。その結果、図２(ａ)の階調変換カーブに対して出力レベルを大きくした図２(ｂ)の階調変換カーブを得ることができる。このような変更は演算処理で行ってもよいし、予めメモリ内に記憶させた複数の階調変換カーブの中から何れか１つを選択することにより行ってもよい。
【００２２】
図２(ｂ)の例では、判定対象の画像データが基準の明るさより暗いときに、入力レベルの全域で出力レベルが大きくなるように、階調変換カーブを変更した（ただし最小レベルと最大レベルを除く）。さらに、出力レベルの増加量は、ガンマ特性部の中央付近で最も大きくなっている。このとき、ガンマ特性部よりもニー特性部の方に、入力レベルの多くのレンジが割り当てられている。
【００２３】
図２(ｂ)に示す階調変換カーブを階調変換部１７に設定した場合、判定対象の画像データ（基準の明るさより暗い）は、図２(ｂ)に示す階調変換カーブにしたがって階調変換され、暗部から中間調の出力レベルが持ち上げられるため、最終的に適正露出の画像データを得ることができる。したがって、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。
【００２４】
逆に、明暗判定部２１における上記の判定の結果、判定対象の画像データが基準の明るさより明るいときには（ＥＶ＜０）、階調変換カーブ設定部２２が、判定対象の画像データの階調変換に用いられる階調変換カーブを次のように変更する。つまり、図２(ａ)の階調変換カーブに対して、少なくともガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが小さくなるように変更する。
【００２５】
例えば、判定対象の画像データが基準の明るさよりも“１/３ＥＶ”だけ明るい場合、階調変換カーブ設定部２２は、その偏差（１/３ＥＶ）に応じて、階調変換部１７から出力される画像データが適正露出となるように（つまり画像データの明暗が“１/３ＥＶ”だけ暗くなるように）、階調変換カーブを変更する。
変更後の階調変換カーブは、図示省略するが、図２(ａ)の階調変換カーブに対して、ガンマ特性部の入力レベルのレンジ割り当てが増加し、その分だけニー特性部のレンジ割り当てが減少したものとなっている。つまり、ガンマ特性部とニー特性部との交点Ｐの出力レベルを一定に保ちながら、明暗判定部２１で求められた偏差（１/３ＥＶ）に応じて、交点Ｐを入力レベルの高レベル側にシフトさせたものとなる。
【００２６】
この場合、図２(ａ)の階調変換カーブに対して出力レベルを小さくした（ここでは入力レベルの最小レベルと最大レベルを除く全域で出力レベルを小さくした）階調変換カーブが得られる。出力レベルの減少量は、ガンマ特性部の中央付近で最も大きくなる。このとき、ニー特性部よりもガンマ特性部の方に、入力レベルの多くのレンジが割り当てられている。
【００２７】
このような階調変換カーブを階調変換部１７に設定した場合、判定対象の画像データ（基準の明るさより明るい）は、図２(ａ)よりも出力レベルの小さい階調変換カーブにしたがって階調変換され、暗部から中間調の出力レベルが引き下げられるため、最終的に適正露出の画像データを得ることができる。したがって、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。
【００２８】
上記した通り、本実施形態の撮像装置１０では、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データが基準より暗いときに階調変換カーブの低レベル部分を持ち上げ、基準より明るいときには階調変換カーブの低レベル部分を引き下げるため、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。このような階調変換部１７における明暗の補正は、静止画撮影に有効である。また、明暗判定の基準として画像データが適正露出の際の明るさを用いて、最終的な画像データが適正露出になるような現像処理を自動的に施すことができる（自動デジタル露出補正）。
【００２９】
さらに、本実施形態の撮像装置１０では、Ａ/Ｄ変換部１４から取り込んだ画像データの明暗を判定する際、画像データの画面を小領域に分割し、小領域ごとに輝度レベルを算出するため、高画素数の撮像素子１２であっても、比較的短い時間で明暗判定の処理を行うことができる。
なお、上記した実施形態では、撮像素子１２とは別に測光センサ１８を設けたが、撮像装置１０がデジタルコンパクトカメラの場合、測光センサ１８を省略することもできる。この場合は、撮影前に撮像素子１２から定期的に（例えば１/３０secごとに）出力されるスルー画を利用して被写体像を測光し、ＡＥ算出部１９に検知信号を出力すれば、上記と同様の処理を行うことができる。
（第２実施形態）
ここでは、動画撮影時や高速連写撮影時のように、一連の複数の画像データを順に生成する場合を例に説明する。
【００３０】
本実施形態の撮像装置３０は、図３に示す通り、図１の撮像装置１０の明暗判定部２１と階調変換カーブ設定部２２の間に記録部３１を設けると共に、記録部３１の内容をＡＥ制御部２０によって参照可能としたものである。
この場合、明暗判定部２１は、Ａ/Ｄ変換部１４から取り込んだ画像データの明暗を判定する際に求めた評価値を記録部３１に出力する。そして、記録部３１では、動画撮影時または連写撮影時に、一連の複数の画像データの評価値を記録し続ける。記録部３１に蓄積された評価値は、階調変換カーブ設定部２２とＡＥ制御部２０によって参照可能である。
【００３１】
階調変換カーブ設定部２２は、動画撮影時または連写撮影時、記録部３１に記録された現在の評価値に過去の評価値を加味して、判定対象の画像データの階調変換に用いられる階調変換カーブを変更する。階調変換カーブを変更する際に過去の評価値を加味するため、一連の最終的な画像データの明るさ変動を抑制しつつ、その仕上がりを良好にできる。したがって、安定した動画撮影または連写撮影が可能となる。
【００３２】
また、ＡＥ制御部２０は、動画撮影時または連写撮影時に、記録部３１に記録された評価値を加味して、撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行う。通常は、ＡＥ算出部１９によって算出された設定値に基づいて露出制御を行うが、記録部３１に記録された評価値から「画像データが継続して基準より暗い（または明るい）」と判断した場合には、動画撮影または連写撮影の途中で、その継続的な評価値を加味した露出制御を行う。
【００３３】
具体的には、現在の撮影レンズ１１の絞り径やシャッタ速度や撮像素子１２のＩＳＯ感度のうち少なくとも１つのパラメータを、上記の継続的な評価値と基準の明るさとの偏差（ＥＶ）に応じて変化させることにより、途中で露出制御を行う。
例えば、継続的な評価値と基準の明るさとの偏差が“１/３ＥＶ”だけ暗いことを示している場合は、絞り径を１/３ＥＶ分だけ広げるか、シャッタ速度を１/３ＥＶ分だけ遅くするか、ＩＳＯ感度を１/３ＥＶ分だけ上げればよい。また、必要な露出制御量を分散させて、絞り径とシャッタ速度とＩＳＯ感度を全て１/９ＥＶ分だけ変化させてもよい。
【００３４】
動画撮影または連写撮影の途中で露出制御が行われた後、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データは基準の明るさを有することになる。このため、階調変換カーブ設定部２２では、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブを階調変換部１７に設定することになる。
このように、記録部３１に記録された評価値を加味して撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行うことにより、動画撮影時や連写撮影時の階調変換カーブ設定部２２の負荷を軽減することができる。
（第３実施形態）
本実施形態の撮像装置４０は、図４に示す通り、図１の撮像装置１０の明暗判定部２１と階調変換カーブ設定部２２とを省略し、測光センサ１８の後段に飽和推定部４１と階調変換カーブ設定部４２とを設けたものである。
【００３５】
撮像装置４０では、撮像素子１２とは別に設けた測光センサ１８により被写体像を測光し、ＡＥ算出部１９に検知信号を出力する。ＡＥ算出部１９は、測光センサ１８の出力に基づいて、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データの明暗を推定し、この画像データが適正露出となるように、撮像手段(１２〜１４)の露出制御のための設定値を算出する。
また、撮像装置４０には飽和推定部４１が設けられ、測光センサ１８の出力に基づいて、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データの飽和量の推定が行われる。飽和推定部４１では、測光センサ１８の出力の各画素の輝度レベルを調べて、予め定めた飽和レベル以上の画素数を計数し、これを飽和量とする。
【００３６】
そして、ＡＥ制御部２０は、ＡＥ算出部１７によって算出された設定値と、飽和推定部４１によって推定された飽和量とに基づいて、撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行い、撮影レンズ１１の絞り径やシャッタ速度や撮像素子１２のＩＳＯ感度のうち少なくとも１つのパラメータを調整する。
例えば、飽和推定部４１で推定された飽和量が“１/３ＥＶ”に相当する場合、ＡＥ制御部２０では、ＡＥ算出部１７によって算出された設定値（絞り径,シャッタ速度,ＩＳＯ感度）を基準にして、これらのパラメータのうち何れか１つを飽和量（１/３ＥＶ）に応じて変化させる。つまり、絞り径を１/３ＥＶ分だけ小さくする、シャッタ速度を１/３ＥＶ分だけ早くする、ＩＳＯ感度を１/３ＥＶ分だけ下げる、絞り径とシャッタ速度とＩＳＯ感度を全て１/９ＥＶ分だけ変化させる、といった方法が考えられる。
【００３７】
このように、本実施形態の撮像装置４０では、測光センサ１８の出力に基づいて、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データの明暗を推定すると共に、画像データの飽和量を推定し、飽和量が無視できない大きさ（例えば１/３ＥＶ）を有する場合には、その飽和量の分だけ画像データが基準の明るさより暗くなるように、撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行う。
【００３８】
さらに、飽和推定部４１で推定された飽和量は、階調変換カーブ設定部４２にも出力され、上記の露出制御によってＡ/Ｄ変換部１４から得られた基準の明るさより暗い画像データの階調変換が行われる前に、階調変換カーブの変更が行われる。階調変換カーブ設定部４２では、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブに対して、少なくともガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように階調変換カーブを変更し、例えば図２(ｂ)に示す階調変換カーブを階調変換部１７に設定する。
【００３９】
例えば、上記の露出制御によって画像データを基準の明るさより“１/３ＥＶ”だけ暗くした場合、階調変換カーブ設定部４２は、飽和推定部４１によって推定された飽和量（１/３ＥＶ）に応じて、階調変換部１７から出力される画像データが適正露出となるように（つまり画像データの明暗が“１/３ＥＶ”だけ明るくなるように）、階調変換カーブを変更する。
【００４０】
したがって、基準の明るさより“１/３ＥＶ”だけ暗くした画像データは、設定変更された階調変換カーブ（図２(ｂ)）にしたがって階調変換され、暗部から中間調の出力レベルが持ち上げられるため、最終的に適正露出の画像データを得ることができる。したがって、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。また、画像処理後の画像全体の露出を変えずに白飛びを抑制できるため、ダイナミックレンジを広げることができる。
【００４１】
さらに、画像データの飽和量に応じて必要な場合だけ上記の露出制御と階調変換カーブの変更とを行うため、シーン適応的にダイナミックレンジの拡大を実現できる。ちなみに、画像データの飽和量が無視できる程度の場合、ＡＥ制御部２０はＡＥ算出部１９による設定値のみに基づいて露出制御を行い、階調変換カーブ設定部４２は図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブを階調変換部１７に設定する。
【００４２】
また、本実施形態の撮像装置４０では、撮像素子１２とは別に設けた測光センサ１８の出力に基づいて、画像データの明暗や飽和量を推定するため、デジタル一眼レフカメラの静止画撮影においても、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。さらに、デジタル一眼レフカメラに限らず、デジタルコンパクトカメラでも、撮像素子１２とは別に測光センサ１８を設けることにより同様の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、上記した実施形態では、必要に応じて（画像データの飽和量が無視できない大きさとなる場合に）、予め、画像データを暗い露出に設定して、階調変換カーブの低レベル部分を持ち上げる場合を説明したが、その逆も考えられる。つまり、予め、画像データを明るい露出に設定して、階調変換カーブの低レベル部分を引き下げる場合にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態の撮像装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２】階調変換カーブの一例を説明する図である。
【図３】第２実施形態の撮像装置３０の概略構成を示すブロック図である。
【図４】第３実施形態の撮像装置４の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，３０，４０ 撮像装置
１１ 撮影レンズ
１２ 撮像素子
１３ アナログゲイン部
１４ Ａ/Ｄ変換部
１５ ホワイトバランス処理部
１６ 補間処理部
１７ 階調変換部
１８ 測光センサ
１９ ＡＥ算出部
２０ ＡＥ制御部
２１ 明暗判定部
２２，４２ 階調変換カーブ設定部
３１ 記録部
４１ 飽和推定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置では、被写体を撮影する前に、被写体の明るさに基づく露出制御を行う。つまり、被写体を撮影して得られる最終的な画像データ（撮像装置の出力）の明暗が適正となるように、被写体の明るさに基づいて、撮影レンズの絞り径やシャッタ速度や撮像素子のＩＳＯ感度などを制御する（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４１２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のような露出制御を行っても、最終的な画像データ（撮像装置の出力）が予想外に明るくなったり暗くなったりすることがあり、その仕上がりは必ずしも良好とは言えなかった。
本発明の目的は、露出制御の過不足に拘わらず最終的な画像データの仕上がりを良好にできる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記画像データの階調変換を行う変換手段と、前記階調変換が行われる前の前記画像データの明暗を判定し、判定対象の前記画像データが基準の明るさより暗いときに、該判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、前記判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更するものである。
【０００５】
請求項２に記載の撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記画像データの階調変換を行う変換手段と、前記階調変換が行われる前の前記画像データの明暗を判定し、判定対象の前記画像データが基準の明るさより明るいときに、該判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で前記出力レベルが小さくなるように、前記判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更するものである。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、前記変更手段は、前記画像データの予め定めた適正露出の際の明るさを前記基準として前記明暗の判定を行い、前記変換手段から出力される画像データが適正露出となるように、前記判定対象の画像データの前記入出力特性を変更するものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の撮像装置において、動画撮影時または連写撮影時に、前記変更手段が前記画像データの明暗を判定する際の前記明暗に関わる評価値を記録する記録手段を備え、前記変更手段は、動画撮影時または連写撮影時、前記記録手段に記録された前記評価値を加味して、前記判定対象の画像データの前記入出力特性を変更するものである。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の撮像装置において、動画撮影時または連写撮影時に、前記記録手段に記録された前記評価値を加味して、前記撮像手段の露出制御を行う制御手段を備えたものである。
請求項６に記載の撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記撮像手段とは別に設けられ、前記撮像手段が前記被写体像を撮像する前に、該被写体像を測光する測光手段と、前記測光手段の出力に基づいて前記画像データの明暗を推定し、該画像データが基準の明るさより暗くなるように、前記撮像手段の露出制御を行う制御手段と、前記画像データの階調変換を行う変換手段と、前記基準の明るさより暗い前記画像データの前記階調変換が行われる前に、前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、前記基準の明るさより暗い前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更するものである。
【０００８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の撮像装置において、前記測光手段の出力に基づいて前記画像データの飽和量を推定する推定手段を備え、前記制御手段は、前記飽和量に応じて前記撮像手段の露出制御を行い、前記変更手段は、前記飽和量に応じて前記入出力特性を変更するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の撮像装置によれば、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の撮像装置１０には、図１に示す通り、撮影レンズ１１と、撮像素子１２と、アナログゲイン部１３と、Ａ/Ｄ変換部１４と、ホワイトバランス処理部１５と、補間処理部１６と、階調変換部１７と、測光センサ１８と、ＡＥ算出部１９と、ＡＥ制御部２０と、明暗判定部２１と、階調変換カーブ設定部２２とが設けられる。撮像素子１２は、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどである。撮像装置１０は、デジタル一眼レフカメラまたはデジタルコンパクトカメラである。
【００１１】
被写体からの光は、撮影レンズ１１を介して撮像素子１２に入射する。撮像素子１２の撮像面には、被写体像が形成される。撮像素子１２は、被写体像を撮像してアナログ撮像信号を出力する。アナログ撮像信号は、アナログゲイン部１３で増幅され、Ａ/Ｄ変換部１４でデジタル信号（以下「画像データ」）に変換される。撮像素子１２とアナログゲイン部１３とＡ/Ｄ変換部１４は、総じて、被写体像を撮像して画像データを生成する手段として機能する（請求項の「撮像手段」に対応）。
【００１２】
さらに、Ａ/Ｄ変換部１４からの画像データには、ホワイトバランス処理部１５でホワイトバランス処理が施され、補間処理部１６で補間処理が施される。そして、階調変換部１７で、画像データの階調変換が行われる。階調変換部１７は、請求項の「変換手段」に対応する。これらの各処理が行われた後の最終的な画像データは、圧縮処理などを経て不図示の記録部などに出力される。
【００１３】
また、撮像素子１２とは別に設けられた測光センサ１８は、撮像素子１２が被写体像を撮像する前に、被写体像を測光して、ＡＥ算出部１９に検知信号を出力する。ＡＥ算出部１９は、測光センサ１８の出力に基づいて、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データの明暗を推定し、この画像データが適正露出となるように、撮像手段(１２〜１４)の露出制御のための設定値を算出する。
【００１４】
ＡＥ制御部２０は、ＡＥ算出部１９によって算出された設定値に基づいて、撮像素子１２が被写体像を撮像する際の露出制御を行い、撮影レンズ１１の絞り径やシャッタ速度や撮像素子１２のＩＳＯ感度のうち少なくとも１つのパラメータを調整する。そして、露出制御の後、設定値の絞り径とシャッタ速度に応じて撮像素子１２による被写体像の撮像が行われ、さらに設定値のＩＳＯ感度に応じてアナログゲイン部１３による信号増幅が行われ、後段の各部(１４〜１７)を経て、最終的な画像データが得られる。
【００１５】
被写体を撮影する前に、撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行うことにより、基本的には、最終的な画像データの仕上がりを適正露出にすることができる。しかし、このような露出制御を行っても、最終的な画像データが予想外に明るくなったり暗くなったりすることがあり、その仕上がりは必ずしも良好とは言えない。
このため、本実施形態の撮像装置１０では、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データを明暗判定部２１に取り込み、そこでの判定結果を階調変換カーブ設定部２２に取り込み、必要に応じて階調変換カーブ（階調変換部１７の入出力特性）を変更し、明暗判定部２１に取り込まれた判定対象の画像データの明暗を階調変換部１７における階調変換によって補正する。明暗判定部２１と階調変換カーブ設定部２２とは、総じて、請求項の「変更手段」に対応する。
【００１６】
具体的に説明すると、明暗判定部２１は、Ａ/Ｄ変換部１４から画像データを取り込み、この画像データの画面の少なくとも一部分を多数の小領域に分割し、各々の小領域ごとに輝度レベルを算出する。さらに、各輝度レベルから平均輝度（または合計輝度）を算出し、階調変換が行われる前の画像データの明暗に関わる評価値とする。そして、画像データの予め定めた適正露出の際の明るさを基準として、画像データの明暗を判定する。例えば、画像データの明暗に関わる評価値と予め定めた基準の明るさとを比較し、その偏差をＥＶ（exposure value）に換算し、ＥＶに基づいて画像データの明暗を判定する。
【００１７】
次に、階調変換カーブ設定部２２は、明暗判定部２１における上記の判定の結果、判定対象の画像データが基準の明るさに等しいときに（ＥＶ＝０）、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブを階調変換部１７に設定する。この場合、判定対象の画像データ（基準の明るさ）は、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブにしたがって階調変換され、最終的に適正露出の画像データを得ることができる。
【００１８】
ここで、図２(ａ)の横軸は入力レベル、縦軸は出力レベルを表す。階調変換カーブは、図２(ａ)に示す通り、ガンマ特性部とニー(knee)特性部とで構成される。ガンマ特性部は、低レベル側のガンマ曲線に沿った入出力特性の部分である。ニー特性部は、高レベル側の略直線に沿った入出力特性の部分である。ニー特性部を有する場合、階調変換による画像データの白飛びを回避できる。なお、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブでは、ガンマ特性部とニー特性部に割り当てられた入力レベルのレンジが略等しい。
【００１９】
一方、明暗判定部２１における上記の判定の結果、判定対象の画像データが基準の明るさより暗いときには（ＥＶ＞０）、階調変換カーブ設定部２２が、判定対象の画像データの階調変換に用いられる階調変換カーブを変更する。つまり、図２(ａ)の階調変換カーブに対して、少なくともガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように変更し、図２(ｂ)に示す階調変換カーブを階調変換部１７に設定する。
【００２０】
例えば、判定対象の画像データが基準の明るさよりも“１/３ＥＶ”だけ暗い場合、階調変換カーブ設定部２２は、その偏差（１/３ＥＶ）に応じて、階調変換部１７から出力される画像データが適正露出となるように（つまり画像データの明暗が“１/３ＥＶ”だけ明るくなるように）、階調変換カーブを変更する。
図２(ａ),(ｂ)の比較から分かるように、図２(ｂ)の階調変換カーブは、図２(ａ)の階調変換カーブに対して、ガンマ特性部の入力レベルのレンジ割り当てが減少し、その分だけニー特性部のレンジ割り当てが増加したものとなっている。つまり、ガンマ特性部とニー特性部との交点Ｐの位置を比較すると、図２(ｂ)の階調変換カーブの方が、入力レベルの低レベル側に位置する。ただし、交点Ｐの出力レベルは同じである。
【００２１】
階調変換カーブを変更する際には、例えば、ガンマ特性部とニー特性部との交点Ｐの出力レベルを一定に保ちながら、明暗判定部２１で求められた偏差（１/３ＥＶ）に応じて、交点Ｐを入力レベルの低レベル側にシフトさせればよい。その結果、図２(ａ)の階調変換カーブに対して出力レベルを大きくした図２(ｂ)の階調変換カーブを得ることができる。このような変更は演算処理で行ってもよいし、予めメモリ内に記憶させた複数の階調変換カーブの中から何れか１つを選択することにより行ってもよい。
【００２２】
図２(ｂ)の例では、判定対象の画像データが基準の明るさより暗いときに、入力レベルの全域で出力レベルが大きくなるように、階調変換カーブを変更した（ただし最小レベルと最大レベルを除く）。さらに、出力レベルの増加量は、ガンマ特性部の中央付近で最も大きくなっている。このとき、ガンマ特性部よりもニー特性部の方に、入力レベルの多くのレンジが割り当てられている。
【００２３】
図２(ｂ)に示す階調変換カーブを階調変換部１７に設定した場合、判定対象の画像データ（基準の明るさより暗い）は、図２(ｂ)に示す階調変換カーブにしたがって階調変換され、暗部から中間調の出力レベルが持ち上げられるため、最終的に適正露出の画像データを得ることができる。したがって、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。
【００２４】
逆に、明暗判定部２１における上記の判定の結果、判定対象の画像データが基準の明るさより明るいときには（ＥＶ＜０）、階調変換カーブ設定部２２が、判定対象の画像データの階調変換に用いられる階調変換カーブを次のように変更する。つまり、図２(ａ)の階調変換カーブに対して、少なくともガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが小さくなるように変更する。
【００２５】
例えば、判定対象の画像データが基準の明るさよりも“１/３ＥＶ”だけ明るい場合、階調変換カーブ設定部２２は、その偏差（１/３ＥＶ）に応じて、階調変換部１７から出力される画像データが適正露出となるように（つまり画像データの明暗が“１/３ＥＶ”だけ暗くなるように）、階調変換カーブを変更する。
変更後の階調変換カーブは、図示省略するが、図２(ａ)の階調変換カーブに対して、ガンマ特性部の入力レベルのレンジ割り当てが増加し、その分だけニー特性部のレンジ割り当てが減少したものとなっている。つまり、ガンマ特性部とニー特性部との交点Ｐの出力レベルを一定に保ちながら、明暗判定部２１で求められた偏差（１/３ＥＶ）に応じて、交点Ｐを入力レベルの高レベル側にシフトさせたものとなる。
【００２６】
この場合、図２(ａ)の階調変換カーブに対して出力レベルを小さくした（ここでは入力レベルの最小レベルと最大レベルを除く全域で出力レベルを小さくした）階調変換カーブが得られる。出力レベルの減少量は、ガンマ特性部の中央付近で最も大きくなる。このとき、ニー特性部よりもガンマ特性部の方に、入力レベルの多くのレンジが割り当てられている。
【００２７】
このような階調変換カーブを階調変換部１７に設定した場合、判定対象の画像データ（基準の明るさより明るい）は、図２(ａ)よりも出力レベルの小さい階調変換カーブにしたがって階調変換され、暗部から中間調の出力レベルが引き下げられるため、最終的に適正露出の画像データを得ることができる。したがって、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。
【００２８】
上記した通り、本実施形態の撮像装置１０では、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データが基準より暗いときに階調変換カーブの低レベル部分を持ち上げ、基準より明るいときには階調変換カーブの低レベル部分を引き下げるため、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。このような階調変換部１７における明暗の補正は、静止画撮影に有効である。また、明暗判定の基準として画像データが適正露出の際の明るさを用いて、最終的な画像データが適正露出になるような現像処理を自動的に施すことができる（自動デジタル露出補正）。
【００２９】
さらに、本実施形態の撮像装置１０では、Ａ/Ｄ変換部１４から取り込んだ画像データの明暗を判定する際、画像データの画面を小領域に分割し、小領域ごとに輝度レベルを算出するため、高画素数の撮像素子１２であっても、比較的短い時間で明暗判定の処理を行うことができる。
なお、上記した実施形態では、撮像素子１２とは別に測光センサ１８を設けたが、撮像装置１０がデジタルコンパクトカメラの場合、測光センサ１８を省略することもできる。この場合は、撮影前に撮像素子１２から定期的に（例えば１/３０secごとに）出力されるスルー画を利用して被写体像を測光し、ＡＥ算出部１９に検知信号を出力すれば、上記と同様の処理を行うことができる。
（第２実施形態）
ここでは、動画撮影時や高速連写撮影時のように、一連の複数の画像データを順に生成する場合を例に説明する。
【００３０】
本実施形態の撮像装置３０は、図３に示す通り、図１の撮像装置１０の明暗判定部２１と階調変換カーブ設定部２２の間に記録部３１を設けると共に、記録部３１の内容をＡＥ制御部２０によって参照可能としたものである。
この場合、明暗判定部２１は、Ａ/Ｄ変換部１４から取り込んだ画像データの明暗を判定する際に求めた評価値を記録部３１に出力する。そして、記録部３１では、動画撮影時または連写撮影時に、一連の複数の画像データの評価値を記録し続ける。記録部３１に蓄積された評価値は、階調変換カーブ設定部２２とＡＥ制御部２０によって参照可能である。
【００３１】
階調変換カーブ設定部２２は、動画撮影時または連写撮影時、記録部３１に記録された現在の評価値に過去の評価値を加味して、判定対象の画像データの階調変換に用いられる階調変換カーブを変更する。階調変換カーブを変更する際に過去の評価値を加味するため、一連の最終的な画像データの明るさ変動を抑制しつつ、その仕上がりを良好にできる。したがって、安定した動画撮影または連写撮影が可能となる。
【００３２】
また、ＡＥ制御部２０は、動画撮影時または連写撮影時に、記録部３１に記録された評価値を加味して、撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行う。通常は、ＡＥ算出部１９によって算出された設定値に基づいて露出制御を行うが、記録部３１に記録された評価値から「画像データが継続して基準より暗い（または明るい）」と判断した場合には、動画撮影または連写撮影の途中で、その継続的な評価値を加味した露出制御を行う。
【００３３】
具体的には、現在の撮影レンズ１１の絞り径やシャッタ速度や撮像素子１２のＩＳＯ感度のうち少なくとも１つのパラメータを、上記の継続的な評価値と基準の明るさとの偏差（ＥＶ）に応じて変化させることにより、途中で露出制御を行う。
例えば、継続的な評価値と基準の明るさとの偏差が“１/３ＥＶ”だけ暗いことを示している場合は、絞り径を１/３ＥＶ分だけ広げるか、シャッタ速度を１/３ＥＶ分だけ遅くするか、ＩＳＯ感度を１/３ＥＶ分だけ上げればよい。また、必要な露出制御量を分散させて、絞り径とシャッタ速度とＩＳＯ感度を全て１/９ＥＶ分だけ変化させてもよい。
【００３４】
動画撮影または連写撮影の途中で露出制御が行われた後、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データは基準の明るさを有することになる。このため、階調変換カーブ設定部２２では、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブを階調変換部１７に設定することになる。
このように、記録部３１に記録された評価値を加味して撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行うことにより、動画撮影時や連写撮影時の階調変換カーブ設定部２２の負荷を軽減することができる。
（第３実施形態）
本実施形態の撮像装置４０は、図４に示す通り、図１の撮像装置１０の明暗判定部２１と階調変換カーブ設定部２２とを省略し、測光センサ１８の後段に飽和推定部４１と階調変換カーブ設定部４２とを設けたものである。
【００３５】
撮像装置４０では、撮像素子１２とは別に設けた測光センサ１８により被写体像を測光し、ＡＥ算出部１９に検知信号を出力する。ＡＥ算出部１９は、測光センサ１８の出力に基づいて、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データの明暗を推定し、この画像データが適正露出となるように、撮像手段(１２〜１４)の露出制御のための設定値を算出する。
また、撮像装置４０には飽和推定部４１が設けられ、測光センサ１８の出力に基づいて、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データの飽和量の推定が行われる。飽和推定部４１では、測光センサ１８の出力の各画素の輝度レベルを調べて、予め定めた飽和レベル以上の画素数を計数し、これを飽和量とする。
【００３６】
そして、ＡＥ制御部２０は、ＡＥ算出部１７によって算出された設定値と、飽和推定部４１によって推定された飽和量とに基づいて、撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行い、撮影レンズ１１の絞り径やシャッタ速度や撮像素子１２のＩＳＯ感度のうち少なくとも１つのパラメータを調整する。
例えば、飽和推定部４１で推定された飽和量が“１/３ＥＶ”に相当する場合、ＡＥ制御部２０では、ＡＥ算出部１７によって算出された設定値（絞り径,シャッタ速度,ＩＳＯ感度）を基準にして、これらのパラメータのうち何れか１つを飽和量（１/３ＥＶ）に応じて変化させる。つまり、絞り径を１/３ＥＶ分だけ小さくする、シャッタ速度を１/３ＥＶ分だけ早くする、ＩＳＯ感度を１/３ＥＶ分だけ下げる、絞り径とシャッタ速度とＩＳＯ感度を全て１/９ＥＶ分だけ変化させる、といった方法が考えられる。
【００３７】
このように、本実施形態の撮像装置４０では、測光センサ１８の出力に基づいて、Ａ/Ｄ変換部１４から出力される画像データの明暗を推定すると共に、画像データの飽和量を推定し、飽和量が無視できない大きさ（例えば１/３ＥＶ）を有する場合には、その飽和量の分だけ画像データが基準の明るさより暗くなるように、撮像手段(１２〜１４)の露出制御を行う。
【００３８】
さらに、飽和推定部４１で推定された飽和量は、階調変換カーブ設定部４２にも出力され、上記の露出制御によってＡ/Ｄ変換部１４から得られた基準の明るさより暗い画像データの階調変換が行われる前に、階調変換カーブの変更が行われる。階調変換カーブ設定部４２では、図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブに対して、少なくともガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように階調変換カーブを変更し、例えば図２(ｂ)に示す階調変換カーブを階調変換部１７に設定する。
【００３９】
例えば、上記の露出制御によって画像データを基準の明るさより“１/３ＥＶ”だけ暗くした場合、階調変換カーブ設定部４２は、飽和推定部４１によって推定された飽和量（１/３ＥＶ）に応じて、階調変換部１７から出力される画像データが適正露出となるように（つまり画像データの明暗が“１/３ＥＶ”だけ明るくなるように）、階調変換カーブを変更する。
【００４０】
したがって、基準の明るさより“１/３ＥＶ”だけ暗くした画像データは、設定変更された階調変換カーブ（図２(ｂ)）にしたがって階調変換され、暗部から中間調の出力レベルが持ち上げられるため、最終的に適正露出の画像データを得ることができる。したがって、露出制御の過不足に拘わらず、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。また、画像処理後の画像全体の露出を変えずに白飛びを抑制できるため、ダイナミックレンジを広げることができる。
【００４１】
さらに、画像データの飽和量に応じて必要な場合だけ上記の露出制御と階調変換カーブの変更とを行うため、シーン適応的にダイナミックレンジの拡大を実現できる。ちなみに、画像データの飽和量が無視できる程度の場合、ＡＥ制御部２０はＡＥ算出部１９による設定値のみに基づいて露出制御を行い、階調変換カーブ設定部４２は図２(ａ)に示す通常の階調変換カーブを階調変換部１７に設定する。
【００４２】
また、本実施形態の撮像装置４０では、撮像素子１２とは別に設けた測光センサ１８の出力に基づいて、画像データの明暗や飽和量を推定するため、デジタル一眼レフカメラの静止画撮影においても、最終的な画像データの仕上がりを良好にできる。さらに、デジタル一眼レフカメラに限らず、デジタルコンパクトカメラでも、撮像素子１２とは別に測光センサ１８を設けることにより同様の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、上記した実施形態では、必要に応じて（画像データの飽和量が無視できない大きさとなる場合に）、予め、画像データを暗い露出に設定して、階調変換カーブの低レベル部分を持ち上げる場合を説明したが、その逆も考えられる。つまり、予め、画像データを明るい露出に設定して、階調変換カーブの低レベル部分を引き下げる場合にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態の撮像装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２】階調変換カーブの一例を説明する図である。
【図３】第２実施形態の撮像装置３０の概略構成を示すブロック図である。
【図４】第３実施形態の撮像装置４の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，３０，４０ 撮像装置
１１ 撮影レンズ
１２ 撮像素子
１３ アナログゲイン部
１４ Ａ/Ｄ変換部
１５ ホワイトバランス処理部
１６ 補間処理部
１７ 階調変換部
１８ 測光センサ
１９ ＡＥ算出部
２０ ＡＥ制御部
２１ 明暗判定部
２２，４２ 階調変換カーブ設定部
３１ 記録部
４１ 飽和推定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記画像データの階調変換を行う変換手段と、
前記階調変換が行われる前の前記画像データの明暗を判定し、判定対象の前記画像データが基準の明るさより暗いときに、該判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、
前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、
前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、前記判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記画像データの階調変換を行う変換手段と、
前記階調変換が行われる前の前記画像データの明暗を判定し、判定対象の前記画像データが基準の明るさより明るいときに、該判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、
前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、
前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で前記出力レベルが小さくなるように、前記判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更する
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、
前記変更手段は、前記画像データの予め定めた適正露出の際の明るさを前記基準として前記明暗の判定を行い、前記変換手段から出力される画像データが適正露出となるように、前記判定対象の画像データの前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の撮像装置において、
動画撮影時または連写撮影時に、前記変更手段が前記画像データの明暗を判定する際の前記明暗に関わる評価値を記録する記録手段を備え、
前記変更手段は、動画撮影時または連写撮影時、前記記録手段に記録された前記評価値を加味して、前記判定対象の画像データの前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
動画撮影時または連写撮影時に、前記記録手段に記録された前記評価値を加味して、前記撮像手段の露出制御を行う制御手段を備えた
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記撮像手段とは別に設けられ、前記撮像手段が前記被写体像を撮像する前に、該被写体像を測光する測光手段と、
前記測光手段の出力に基づいて前記画像データの明暗を推定し、該画像データが基準の明るさより暗くなるように、前記撮像手段の露出制御を行う制御手段と、
前記画像データの階調変換を行う変換手段と、
前記基準の明るさより暗い前記画像データの前記階調変換が行われる前に、前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、
前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、
前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、前記基準の明るさより暗い前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記測光手段の出力に基づいて前記画像データの飽和量を推定する推定手段を備え、
前記制御手段は、前記飽和量に応じて前記撮像手段の露出制御を行い、
前記変更手段は、前記飽和量に応じて前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記画像データの階調変換を行う変換手段と、
前記階調変換が行われる前の前記画像データの明暗を判定し、判定対象の前記画像データが基準の明るさより暗いときに、該判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、
前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、
前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、前記判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記画像データの階調変換を行う変換手段と、
前記階調変換が行われる前の前記画像データの明暗を判定し、判定対象の前記画像データが基準の明るさより明るいときに、該判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、
前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、
前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で前記出力レベルが小さくなるように、前記判定対象の画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更する
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、
前記変更手段は、前記画像データの予め定めた適正露出の際の明るさを前記基準として前記明暗の判定を行い、前記変換手段から出力される画像データが適正露出となるように、前記判定対象の画像データの前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の撮像装置において、
動画撮影時または連写撮影時に、前記変更手段が前記画像データの明暗を判定する際の前記明暗に関わる評価値を記録する記録手段を備え、
前記変更手段は、動画撮影時または連写撮影時、前記記録手段に記録された前記評価値を加味して、前記判定対象の画像データの前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
動画撮影時または連写撮影時に、前記記録手段に記録された前記評価値を加味して、前記撮像手段の露出制御を行う制御手段を備えた
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記撮像手段とは別に設けられ、前記撮像手段が前記被写体像を撮像する前に、該被写体像を測光する測光手段と、
前記測光手段の出力に基づいて前記画像データの明暗を推定し、該画像データが基準の明るさより暗くなるように、前記撮像手段の露出制御を行う制御手段と、
前記画像データの階調変換を行う変換手段と、
前記基準の明るさより暗い前記画像データの前記階調変換が行われる前に、前記変換手段の入出力特性を変更する変更手段とを備え、
前記入出力特性は、ガンマ特性部とニー特性部とを含み、
前記変更手段は、前記基準の明るさの前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性に対して、少なくとも前記ガンマ特性部に対応する入力レベルの一部の範囲で出力レベルが大きくなるように、前記基準の明るさより暗い前記画像データの前記階調変換に用いられる前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記測光手段の出力に基づいて前記画像データの飽和量を推定する推定手段を備え、
前記制御手段は、前記飽和量に応じて前記撮像手段の露出制御を行い、
前記変更手段は、前記飽和量に応じて前記入出力特性を変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２８７３２３（Ｐ２００６−２８７３２３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０１０６３（Ｐ２００５−１０１０６３）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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