JP2011151795A - 撮像装置、撮像方法、および、撮像プログラム - Google Patents

撮像装置、撮像方法、および、撮像プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】動画撮影時に、画像間の位置ずれを補正してから画像合成する場合にも、滑らかな動画表示を行う。
【解決手段】連続的な撮像により得られた複数の画像間の位置ずれを検出し、検出した位置ずれに基づいて、複数の画像間の位置ずれを補正してから合成することによって、合成画像を生成する。この時、動画撮影時には、静止画撮影時に位置ずれを検出(S80)する方法とは異なる位置ずれ検出方法にて、複数の画像間の位置ずれを検出する(S100)。
【選択図】図5

Description

本発明は、複数の画像を合成することによって、合成画像を生成する技術に関する。
従来、露出条件の異なる低解像度画像と高解像度画像を取り込んで、両画像間の位置ずれを補正してから合成することによって、ダイナミックレジンの広い合成画像を生成する技術が知られている(特許文献1参照)。
特開2008−181196号公報
しかしながら、動画に対して上述した合成画像を生成する処理を行う場合、処理によって画像のフレームレートが低下したり、滑らかな動画表示ができなくなったりするという問題があった。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、動画撮影時に画像合成をおこなう場合にも、滑らかな動画表示を行うことを目的とする。
本発明のある態様に係る撮像装置は、連続的な撮像により得られた複数の画像を合成して、合成画像を生成することができる撮像装置であって、前記複数の画像間の位置ずれを検出する第1の位置ずれ検出部と、前記第1の位置ずれ検出部による位置ずれ検出方法とは異なる位置ずれ検出方法にて、前記複数の画像間の位置ずれを検出する第2の位置ずれ検出部と、静止画の撮像であるか否かを判定する撮像モード判定部と、静止画の撮像であると判定されると、前記第1の位置ずれ検出部に前記複数の画像間の位置ずれを検出させ、静止画の撮像ではないと判定されると、前記第2の位置ずれ検出部に前記複数の画像間の位置ずれを検出させる制御部と、検出された位置ずれに基づいて、前記複数の画像間の位置ずれを補正する位置ずれ補正部と、位置ずれが補正された複数の画像を合成して、合成画像を生成する合成部と、を備える。
本発明の別の態様に係る撮像方法は、連続的な撮像により得られた複数の画像を合成して、合成画像を生成する撮像方法であって、静止画の撮像であるか否かを判定するステップと、静止画の撮像であると判定とすると、第1の位置ずれ検出方法によって、前記複数の画像間の位置ずれを検出するステップと、静止画の撮像ではないと判定すると、前記第1の位置ずれ検出方法とは異なる第2の位置ずれ検出方法にて、前記複数の画像間の位置ずれを検出するステップと、検出した位置ずれに基づいて、前記複数の画像間の位置ずれを補正するステップと、位置ずれが補正された複数の画像を合成して、合成画像を生成するステップと、を備える。
本発明のさらに別の態様に係る撮像プログラムは、連続的な撮像により得られた複数の画像を合成して、合成画像を生成する処理をコンピュータに実行させるための撮像プログラムであって、静止画の撮像であるか否かを判定するステップと、静止画の撮像であると判定とすると、第1の位置ずれ検出方法によって、前記複数の画像間の位置ずれを検出するステップと、静止画の撮像ではないと判定すると、前記第1の位置ずれ検出方法とは異なる第2の位置ずれ検出方法にて、前記複数の画像間の位置ずれを検出するステップと、検出した位置ずれに基づいて、前記複数の画像間の位置ずれを補正するステップと、位置ずれが補正された複数の画像を合成して、合成画像を生成するステップと、をコンピュータに実行させる。
本発明によれば、動画撮影時に画像合成をおこなう場合でも、滑らかな動画表示を行うことができる。
第1の実施形態に係る撮像装置であるデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。 動きベクトル算出部の詳細な構成を示すブロック図である。 図3(a)〜図3(h)は、フレーム全体の動きベクトルを算出する方法を説明するための図である。 注目画素の近傍に位置する16個の動きベクトルB0〜B15の一例を示す図である。 第1の実施形態における撮像装置によって行われる合成画像生成処理の手順を示すフローチャートである。 局所動きベクトルに基づいて位置ずれを補正してから、画像データを合成する処理の詳細を示すフローチャートである。 重み付き合成の詳細な処理を示すフローチャートである。 相関係数値Kと合成比αとの関係を示す図である。 第1の画像データと第2の画像データとの間の位置ずれを補正した後でも、位置ずれが残っている状態で、様々な合成処理を行った場合の合成画像の例を示す図である。 フレーム全体の動きベクトルに基づいて位置ずれを補正してから、画像データを合成する処理の詳細を示すフローチャートである。 第2の実施形態における撮像装置によって行われるメインの処理を示すフローチャートである。 画素選択合成処理の詳細を示すフローチャートである。
−第1の実施形態−
図1は、第1の実施形態における撮像装置であるデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。図1に示すデジタルスチルカメラは、カメラ本体1と交換式レンズ2から構成される。
交換式レンズ2は、レンズ1010と、Flashメモリ1011と、マイクロコンピュータ1012と、ドライバ1013と、絞り1014と、を有している。交換式レンズ2は、I/F999を介して、カメラ本体1と通信可能に接続されている。
カメラ本体1は、メカシャッター101と、撮像素子102と、アナログ処理部103と、アナログ/デジタル変換部104(以下、A/D変換部104)と、バス105と、SDRAM106と、画像処理部107と、AE処理部108と、AF処理部109と、画像圧縮伸長部110と、メモリインターフェース111(以下、メモリI/F111)と、記録媒体112と、LCDドライバ113と、LCD114と、マイクロコンピュータ115と、操作部116と、Flashメモリ117と、振動検出センサ118と、動きベクトル算出部119と、合成処理部120と、を有している。
レンズ1010は、被写体の光学像を撮像素子102に集光させる。レンズ1010は、単焦点レンズであってもよいし、ズームレンズであってもよい。
マイクロコンピュータ1012は、I/F999、Flashメモリ1011、および、ドライバ1013と接続されていて、Flashメモリ1011に記憶されている情報の読み込み・書き込みを行うとともに、ドライバ1013を制御する。マイクロコンピュータ1012は、さらに、I/F999を介して、マイクロコンピュータ115と通信することができ、レンズの焦点距離情報などをマイクロコンピュータ115へ送信し、また、マイクロコンピュータ115から絞り値等の情報を受信する。
ドライバ1013は、マイクロコンピュータ1012の指示を受けて、レンズ1010を駆動させて、焦点距離やフォーカス位置の変更を行うとともに、絞り1014を駆動する。絞り1014は、レンズ1010の近傍に設けられ、被写体の光量を調節する。
メカシャッター101は、マイクロコンピュータ115の指示を受けて駆動し、撮像素子102に被写体を露光する時間を制御する。
撮像素子102は、各画素を構成するフォトダイオードの前面に、ベイヤー配列のカラーフィルタが配置された撮像素子である。ベイヤー配列は、水平方向にR画素とG(Gr)画素が交互に配置されたラインと、G(Gb)画素とB画素が交互に配置されたラインとを有し、さらにその2つのラインを垂直方向にも交互に配置することで構成されている。この撮像素子102は、レンズ1010により集光された光を、画素を構成するフォトダイオードで受光して光電変換することで、光の量を電荷量としてアナログ処理部103へ出力する。なお、撮像素子102は、CMOS方式のものでもCCD方式のものでも良い。
アナログ処理部103は、撮像素子102から読み出された電気信号(アナログ画像信号)に対し、リセットノイズ等を低減した上で波形整形を行い、さらに目的の明るさとなるように、ゲインアップを行う。A/D変換部104は、アナログ処理部103から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号(以後、画像データという)に変換する。
バス105は、デジタルカメラ内部で発生した各種データをデジタルカメラ内の各部に転送するための転送路である。バス105は、A/D変換部104と、SDRAM106と、画像処理部107と、AE処理部108と、AF処理部109と、画像圧縮伸長部110と、メモリI/F111と、LCDドライバ113と、マイクロコンピュータ115と、振動検出センサ118と、動きベクトル算出部119と、合成処理部120に接続されている。
A/D変換部104から出力される画像データは、バス105を介して一旦SDRAM106に記憶される。SDRAM106は、A/D変換部104において得られた画像データや、画像処理部107、画像圧縮伸長部110、合成処理部120において処理された画像データ等の各種データが一時的に記憶される記憶部である。
画像処理部107は、ホワイトバランス補正部1071(以下、WB補正部1071)、同時化処理部1072、色再現処理部1073、および、ノイズ低減処理部1074(以下、NR処理部1074)を含み、SDRAM106から読み出した画像データに対して様々な画像処理を施す。WB補正部1071は、画像データのホワイトバランスを補正する処理を行う。同時化処理部1072は、ベイヤー配列による画像データから、1画素あたりR、G、Bの情報からなる画像データへ同時化する処理を行う。色再現処理部1073は、画像の色味を変化させる色再現処理を行い、NR処理部1074は、ノイズを低減する処理を行う。ノイズ低減処理後の画像データは、SDRAM106に記憶される。
振動検出センサ118は、いわゆる手ブレを含むカメラ本体1の動きを検出する。動きベクトル算出部119は、連続的な撮影により得られた複数の画像間の動きベクトルを算出する。動きベクトル算出部119の詳細な構成については、図2を用いて後述する。
合成処理部120は、連続的に撮影された複数の画像を合成する。特に、合成処理部120は、被写体輝度に応じた標準露光時間よりも短い露光時間で撮影された画像データと、標準露光時間よりも長い露光時間で撮影された画像データとを合成することによって、ダイナミックレンジの広い合成画像を生成する。
AE処理部108は、画像データから被写体輝度を算出する。被写体輝度を算出するためのデータは、専用の測光センサの出力であってもよい。AF処理部109は、画像データから高周波成分の信号を取り出し、AF(Auto Focus)積算処理により、合焦評価値を取得する。
画像圧縮伸長部110は、静止画像データの記録時には、SDRAM106から画像データを読み出し、読み出した画像データをJPEG圧縮方式に従って圧縮して、圧縮したJPEG画像データを、SDRAM106に一旦記憶する。マイクロコンピュータ115は、SDRAM106に記憶されたJPEG画像データに対して、JPEGファイルを構成するために必要なJPEGヘッダを付加してJPEGファイルを作成し、作成したJPEGファイルを、メモリI/F111を介して記録媒体112に記録する。
画像圧縮伸長部110は、また、動画データの記録時には、SDRAM106から動画データを読み出し、読み出した動画データを、例えば、H.264方式に従って圧縮して、圧縮した動画データをSDRAM106に一旦記憶する。画像圧縮伸長部110は、さらに、マイクロコンピュータ115からの指令に基づいて、圧縮データを展開(伸長)する処理を行う。
記録媒体112は、例えばカメラ本体1に着脱可能なメモリカードからなる記録媒体であるが、これに限定されるものではない。
LCDドライバ113は、LCD114に画像を表示させる。画像の表示には、撮影直後の画像データを短時間だけ表示するレックビュー表示、記録媒体112に記録されたJPEGファイルの再生表示、および、ライブビュー表示等の動画の表示が含まれる。記録媒体112に記録された圧縮データを再生する場合、画像圧縮伸長部110は、記録媒体112に記録されている圧縮データを読み出して展開(伸長)処理を施した上で、展開したデータを一旦SDRAM106に記憶させる。LCDドライバ113は、伸張されたデータをSDRAM106から読み出し、読み出したデータを映像信号へ変換した後でLCD114へ出力して表示を行う。
制御部としての機能を有するマイクロコンピュータ115は、デジタルカメラ本体1の各種シーケンスを統括的に制御する。マイクロコンピュータ115には、操作部116およびFlashメモリ117が接続されている。
操作部116は、電源ボタン、レリーズボタン、各種入力キー等の操作部材である。ユーザによって、操作部116の何れかの操作部材が操作されることにより、マイクロコンピュータ115は、ユーザの操作に応じた各種シーケンスを実行する。電源ボタンは、当該デジタルカメラの電源のオン/オフ指示を行うための操作部材である。電源ボタンが押されると、当該デジタルカメラの電源がオンとなる。再度、電源ボタンが押されると、当該デジタルカメラの電源はオフとなる。レリーズボタンは、ファーストレリーズスイッチとセカンドレリーズスイッチの2段スイッチを有して構成されている。レリーズボタンが半押しされて、ファーストレリーズスイッチがオンされた場合に、マイクロコンピュータ115は、AE処理やAF処理等の撮影準備シーケンスを行う。また、レリーズボタンが全押しされて、セカンドレリーズスイッチがオンされた場合に、マイクロコンピュータ115は、撮影シーケンスを実行して撮影を行う。
Flashメモリ117は、ホワイトバランス補正値やローパスフィルタ係数、デジタルカメラの動作に必要な各種パラメータや、デジタルスチルカメラを特定するための製造番号などを記憶している。また、Flashメモリ117は、マイクロコンピュータ115にて実行する各種プログラムも記憶している。マイクロコンピュータ115は、Flashメモリ117に記憶されているプログラムに従い、またFlashメモリ117から各種シーケンスに必要なパラメータを読み込み、各処理を実行する。
図2は、動きベクトル算出部119の詳細な構成を示すブロック図である。動きベクトル算出部119は、評価フレーム取得部20と、輝度信号抽出部21と、評価フレーム領域設定部22と、比較フレーム取得部23と、輝度信号抽出部24と、比較フレーム領域設定部25と、フレーム間相関処理部26と、信頼度判定部27と、領域別動きベクトル算出部28と、フレーム全体動きベクトル算出部29と、局所動きベクトル算出部30とを備える。
SDRAM106には、連続的に撮影された少なくとも2つの画像データが格納されている。この画像データは、例えば、被写体輝度に応じた標準露光時間よりも短い露光時間で撮影された画像データと、標準露光時間よりも長い露光時間で撮影された画像データである。評価フレーム取得部20は、SDRAM106に格納されている2つの画像データから、動きベクトルを算出する際に基準とする画像データを読み出す。基準とする画像データは、2つの画像データのうち、いずれの画像データでもよい。ここでは、基準とする画像データを評価フレームと呼ぶ。
輝度信号抽出部21は、評価フレーム取得部20で取得された評価フレームの輝度信号を抽出する。
評価フレーム領域設定部22は、評価フレーム取得部20で取得された評価フレームを所定の大きさのブロックに分割し、分割した複数のブロック内において、所定の大きさの領域を、動きベクトル算出領域に設定する。
図3(a)は、評価フレーム領域設定部22によって複数のブロック32に分割された評価フレーム31の一例を示す図である。また、図3(c)は、評価フレーム領域設定部22によって、1つのブロック32内に設定された動きベクトル算出領域35の一例を示す図である。動きベクトル算出領域35は、評価フレーム内の全てのブロック32に対して設定する。
比較フレーム取得部23は、SDRAM106に格納されている複数の画像データから、評価フレームと比較する画像データを読み出す。この画像データは、評価フレームと合成するための画像データである。ここでは、評価フレームと比較する画像データを比較フレームと呼ぶ。
輝度信号抽出部24は、比較フレーム取得部23で取得された比較フレームの輝度信号を抽出する。
比較フレーム領域設定部25は、比較フレーム取得部23で取得された比較フレームを所定の大きさのブロックに分割するとともに、分割したブロックそのものを、動きベクトル算出領域と比較する比較領域に設定する。比較フレームを分割するブロックの大きさは、評価フレームを分割するブロックの大きさと同じとする。
図3(b)は、比較フレーム領域設定部25によって複数のブロック34に分割された比較フレーム33の一例を示す図であり、図3(d)は、比較領域34を示す図である。
フレーム間相関処理部26は、評価フレーム31の各ブロック32ごとに、比較フレーム33との間の相関を求める。ここでは、評価フレーム31のブロック32内に設定した動きベクトル算出領域35を、そのブロック32と対応する位置に存在する、比較フレーム33の比較領域34内で走査しながら相関係数値を演算する。図3(e)は、動きベクトル算出領域35を、比較フレーム33の比較領域34内で走査する様子を示す図である。相関係数値として、例えば、動きベクトル算出領域35内における各画素の画素値と、比較領域34内で動きベクトル算出領域35と比較する領域の各画素の画素値との差分の絶対値和である誤差絶対値和SAD(Sum of Absolute intensity Difference)を求める。SADが小さいほど、相関関係が高く、SADが大きいほど、相関関係が低い。
領域別動きベクトル算出部28は、フレーム間相関処理部26で演算された相関係数値のうち、最も値が小さい領域を、動きベクトル算出領域35の移動先の領域と判断して、その移動量を、動きベクトル算出領域35が含まれるブロック32の動きベクトルとする。図3(f)は、比較領域34内において、動きベクトル算出領域35に対応する領域36から、相関係数値が最も小さい領域37に向かう動きベクトル38の一例を示す図である。
上述した動きベクトルの算出は、評価フレーム領域設定部22で分割した全てのブロックに対して行う。図3(g)は、全てのブロックに対して算出された動きベクトルの一例を示す図である。
信頼度判定部27は、領域別動きベクトル算出部28で算出された各ブロックの動きベクトルの信頼度を判定する。例えば、動きベクトルを求める際に算出した相関係数値が所定のしきい値以上の場合には、その動きベクトルの信頼度は低いと判定し、相関係数値が所定のしきい値未満の場合には、その動きベクトルの信頼度は高いと判定する。なお、信頼度の判定方法は、上述した方法に限定されることはなく、また、信頼度を2段階ではなく、3段階以上で判定してもよい。
フレーム全体動きベクトル算出部29は、領域別動きベクトル算出部28で算出された各ブロックの動きベクトルと、信頼度判定部27で判定された信頼度に基づいて、フレーム全体の動きベクトルを算出する。ここでは、全てのブロック32の動きベクトルのうち、信頼度が低いと判定された動きベクトルを除外した他の動きベクトルの平均ベクトルを、フレーム全体の動きベクトルとする。図3(h)は、フレーム全体の動きベクトル38の一例を示す図である。
なお、信頼度が低いと判定された動きベクトルの重みを低く、信頼度が高いと判定された動きベクトルの重みを高くして、全ての動きベクトルの重み付き加算平均演算を行い、演算によって得られた動きベクトルを、フレーム全体の動きベクトルとしてもよい。
局所動きベクトル算出部30は、領域別動きベクトル算出部28で算出された各ブロックの動きベクトルに基づいて、例えば、Cubic補間などの方法を用いて、各画素の動きベクトルを算出する。本実施形態におけるCubic補間では、処理対象である注目画素の近傍に位置する16個の動きベクトルを用いて、注目画素の動きベクトルを算出する。
図4は、注目画素40の近傍に位置する16個の動きベクトルB0〜B15の一例を示す図である。注目画素40の動きベクトルBoutは、次式(1)の補間演算によって求められる。ただし、式(1)において、Kx0、Kx1、Kx2、Kx3、Ky0、Ky1、Ky2、Ky3は、注目画素40の位置座標に応じて定まる補間係数である。
Bout=Kx0(Ky0×B0+Ky1×B4+Ky2×B8+Ky3×B12)+Kx1(Ky0×B1+Ky1×B5+Ky2×B9+Ky3×B13)+Kx2(Ky0×B2+Ky1×B6+Ky2×B10+Ky3×B14)+Kx3(Ky0×B3+Ky1×B7+Ky2×B11+Ky3×B15) (1)
局所動きベクトル算出部30は、評価フレーム31の全ての画素について、上述した方法により、動きベクトルを算出する。ここでは、各画素の動きベクトルを総称して、局所動きベクトルと呼ぶ。局所動きベクトルの算出では、評価フレーム31の全ての画素に対して動きベクトルを算出する必要があるため、フレーム全体の動きベクトルを算出する場合に比べて、処理時間が長くなる。ただし、局所動きベクトルの算出精度は、フレーム全体の動きベクトルの算出精度よりも高い。
図5は、第1の実施形態における撮像装置によって行われる合成画像生成処理の手順を示すフローチャートである。第1の実施形態における撮像装置は、被写体輝度に応じた標準露光時間よりも短い露光時間で撮影された画像データと、標準露光時間よりも長い露光時間で撮影された画像データとを合成することによって、ダイナミックレンジの広い合成画像を生成する処理を行う。
ステップS10では、AF処理およびAE処理を行う。具体的には、まず、AF処理部109において、合焦評価値を算出する。マイクロコンピュータ115は、合焦評価値に基づいて、レンズ1010を駆動させる指令をドライバ1013に出す。ドライバ1013は、この指令に基づいて、レンズ1010を駆動させて、焦点距離やフォーカス位置の変更を行う。AE処理では、AE処理部108において、被写体輝度を算出し、算出した被写体輝度に基づいて、Flashメモリ117に記憶されている露出条件決定テーブルを参照することにより、撮影時のISO感度、絞り、およびシャッター速を決定する。ただし、ステップS10の処理で用いる露出条件決定テーブルでは、被写体輝度に応じた標準のシャッター速よりも速いシャッター速が定められている。
ステップS20では、撮影を行う。撮影(静止画撮影)に関しては、従来から用いられている手法と同様である。ドライバ1013は、マイクロコンピュータ1012の指示に基づいて、設定された絞り値になるように絞り1014を駆動させる。そして、決定したシャッター速に基づいて、メカシャッター101を制御して撮影を行い、決定したISO感度に応じた画像データを得る。ここでは、この画像データを第1の画像データと呼ぶ。上述したように、ステップS10で求めたシャッター速は、被写体輝度に応じた標準のシャッター速よりも速いため、被写体輝度に応じた標準露光時間よりも短い露光時間での撮影が行われる。
ステップS30では、合成処理部120において、ステップS20の撮影により得られた第1の画像データ(RAWデータ)をSDRAM106から読み込む。
ステップS40では、露光条件を変えて撮影を行うために、AF処理およびAE処理を再び行う。AF処理は、ステップS10の処理と同じであるが、AE処理では、被写体輝度に応じた標準のシャッター速よりも遅いシャッター速が定められた露出条件決定テーブルを用いる。
ステップS50では、撮影を行う。上述したように、ステップS40で求めたシャッター速は、被写体輝度に応じた標準のシャッター速よりも遅いため、被写体輝度に応じた標準露光時間よりも長い露光時間での撮影が行われる。この撮影により得られた画像データを、第2の画像データと呼ぶ。
ステップS60では、合成処理部120において、ステップS50の撮影により得られた第2の画像データ(RAWデータ)をSDRAM106から読み込む。
ステップS70では、静止画の撮影であるか否かを判定する。この判定は、操作部116で設定されたモードが静止画撮影モードであるか否かに基づいて行う。静止画の撮影であると判定すると、ステップS80に進む。ステップS80では、動きベクトル算出部119の局所動きベクトル算出部30において、S30で読み込んだ第1の画像データと、ステップS60で読み込んだ第2の画像データとの間の局所動きベクトルを算出する。
ステップS90では、第1の画像データと第2の画像データとを合成する。ここでは、ステップS80で算出した局所動きベクトルに基づいて、第1の画像データと第2の画像データとの間の位置ずれを補正した後、位置ずれ補正後の第1の画像データおよび第2の画像データを、それぞれの重みに応じた合成比率で合成する重み付き合成を行う。局所動きベクトルに基づいて位置ずれを補正してから、画像データを合成する処理の詳細については、図6に示すフローチャートを用いて後述する。
一方、ステップS70において、静止画の撮影ではなく、動画の撮影であると判定すると、ステップS100に進む。動画の撮影には、動画データを記録媒体112に記録する動画撮影モードにおける撮影と、動画をリアルタイムにLCD114に表示するライブビュー表示モードにおける撮影とが含まれる。
ステップS100では、動きベクトル算出部119のフレーム全体動きベクトル算出部29において、S30で読み込んだ第1の画像データと、ステップS60で読み込んだ第2の画像データとの間のフレーム全体の動きベクトルを算出する。
ステップS110では、第1の画像データと第2の画像データとを合成する。ここでは、ステップS100で算出したフレーム全体動きベクトルに基づいて、第1の画像データと第2の画像データとの間の位置ずれを補正した後、位置ずれ補正後の第1の画像データおよび第2の画像データを、同一の合成比(合成比α=0.5)で合成する単純合成処理を行う。フレーム全体の動きベクトルに基づいて位置ずれを補正してから、画像データを合成する処理の詳細については、図10に示すフローチャートを用いて後述する。
ステップS120では、画像処理部107において、合成画像データに対して、ホワイトバランス補正処理、同時化処理、色再現処理、ノイズ低減処理などの様々な画像処理を施す。
ステップS130では、合成画像データが静止画データであるか、動画データであるか、または、ライブビュー画像データであるかを判定する。ここで、動画データとは、記録媒体112に記録するための動画データである。静止画データであると判定すると、ステップS140に進む。
ステップS140では、画像圧縮伸長部110において、合成画像データをJPEG圧縮方式に従って圧縮する。ステップS150では、圧縮された画像データに対して、JPEGファイルを構成するために必要なJPEGヘッダを付加した後、メモリI/F111を介して記録媒体112に記録する。
ステップS130において、合成画像データが動画データであると判定すると、ステップS160に進む。ステップS160では、画像圧縮伸長部110において、合成画像データを所定の動画圧縮形式に従って圧縮する。ステップS170では、圧縮されたデータに対して、動画ファイルを構成するために必要なヘッダを付加した後、メモリI/F111を介して記録媒体112に記録する。
ステップS130において、合成画像データがライブビュー画像データであると判定すると、ステップS180に進む。ステップS180では、合成画像データに対して、ライブビュー表示用の画像サイズに変更する処理など、ライブビュー表示用の画像処理を施す。ステップS190では、ライブビュー表示用の画像処理が施された画像データを、LCD114に表示させる。
図6は、図5に示すフローチャートのステップS90の処理、すなわち、局所動きベクトルに基づいて位置ずれを補正してから、画像データを合成する処理の詳細を示すフローチャートである。ステップS600では、処理対象画素の位置座標を示すパラメータi,jをそれぞれ0に初期化する。パラメータiは、画像データのx軸方向の位置座標を表し、パラメータjは、y軸方向の位置座標を表す。
ステップS610では、画素(i,j)の動きベクトル(x,y)を取得する。例えば、動きベクトル算出部119の局所動きベクトル算出部30によって算出された各画素の動きベクトルをSDRAM106に記憶させておき、SDRAM106から、画素(i,j)の動きベクトル(x,y)を読み込む。
ステップS620では、第1の画像データから、画素(i,j)の画素値を読み込む。
ステップS630では、第2の画像データにおいて、画素(i,j)を動きベクトル(x、y)だけずらした画素(i+x,j+y)が第2の画像データ上に存在するか否かを判定する。画素(i+x,j+y)が第2の画像データ上に存在すると判定すると、ステップS640に進み、存在しないと判定すると、ステップS650に進む。
ステップS640では、第2の画像データから、画素(i+x,j+y)の画素値を読み込む。
一方、ステップS650では、第1の画像データの画素(i,j)の画素値を、第2の画像データの画素(i+x,j+y)の画素値として設定する。
ステップS660では、第1の画像データの画素(i,j)と、第2の画像データの画素(i+x,j+y)とを合成する。上述したように、図6に示すフローチャートのステップS90では、重み付き合成を行う。重み付き合成の詳細な処理を図7に示すフローチャートを用いて説明する。
図7に示すフローチャートのステップS710では、処理対象画素(i,j)の相関係数値Kを算出する。すなわち、第1の画像データの画素(i,j)の画素値と、第2の画像データの画素(i+x,j+y)の画素値の差分の絶対値を、相関係数値Kとして算出する。
ステップS720では、ステップS710で算出した相関係数値Kに基づいて、合成比αを算出する。
図8は、相関係数値Kと合成比αとの関係を示す図である。図8において、THは所定のしきい値であり、K_maxは相関係数値Kとして取り得る最大値である。図8に示すように、相関係数値Kが所定のしきい値TH以下の場合には、合成比αは0.5であり、相関係数値Kが所定のしきい値THよりも大きくなると、合成比αも0.5より大きくなる。Flashメモリ117には、相関係数値Kと合成比αとの関係を定めたテーブルが格納されており、このテーブルを参照することによって、合成比αを算出する。
ステップS730では、次式(2)によって、第1の画像データの画素(i,j)と、第2の画像データの画素(i+x,j+y)とを合成する。ただし、Aは、第1の画像データの画素(i,j)の画素値、Bは第2の画像データの画素(i+x,j+y)の画素値、Cは、合成後の画素の画素値である。
C=α×A+(1−α)×B (2)
図8および式(2)から分かるように、第1の画像データの画素(i,j)と、第2の画像データの画素(i+x,j+y)との間の相関が高く、相関係数値Kが所定のしきい値TH以下の場合には、同一の合成比(合成比α=0.5)で合成する単純合成処理が行われる。一方、相関係数値Kが所定のしきい値THより大きくなると、第1の画像データの画素(i,j)を合成する比重を大きくして、第2の画像データの画素(i+x,j+y)の影響を小さくする。
図9は、第1の画像データと第2の画像データとの間の位置ずれを補正した後でも、自動車の像の位置ずれが残っている状態で、合成処理を行った場合の合成画像の例を示す図である。図9(a)は、合成比α=0.5で単純合成を行った場合の結果、図9(b)は、0.5より大きい合成比αで重み付き合成を行った場合の結果、図9(c)は、合成比α=1で合成した場合の結果である。図9(a)と図9(b)とを比較して分かるように、0.5より大きい合成比αで重み付き合成を行った場合には、単純合成を行った場合に比べて、像ブレが軽減される。また、合成比αを1にした場合には、第1の画像データだけが用いられることになり、像ブレは無くなる。
図6に示すフローチャートに戻って説明を続ける。ステップS670では、パラメータiに1を加算する。
ステップS680では、パラメータiが第1の画像データのx軸方向の画素数M以上であるか否かを判定する。パラメータiがM未満であると判定するとステップS610に戻り、M以上であると判定すると、ステップS690に進む。
ステップS690では、パラメータiを0に設定するとともに、パラメータjに1を加算する。
ステップS700では、パラメータjが第1の画像データのy軸方向の画素数N以上であるか否かを判定する。パラメータjがN未満であると判定するとステップS610に戻り、N以上であると判定すると、フローチャートの処理を終了する。
図10は、図5に示すフローチャートのステップS110の処理、すなわち、フレーム全体の動きベクトルに基づいて位置ずれを補正してから、画像データを合成する処理の詳細を示すフローチャートである。図6に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
ステップS1000では、フレーム全体の動きベクトル(x、y)を取得する。例えば、動きベクトル算出部119のフレーム全体動きベクトル算出部29によって算出されたフレーム全体の動きベクトルをSDRAM106に記憶させておき、SDRAM106から、フレーム全体の動きベクトル(x,y)を読み込む。
ステップS600では、処理対象画素の位置座標を示すパラメータi,jをそれぞれ0に初期化して、ステップS620に進む。ステップS620以後の処理は、図6に示すフローチャートと同じである。
以上、第1の実施形態における撮像装置は、連続的な撮像により得られた複数の画像間の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の複数の画像を合成して、合成画像を生成することができる撮像装置であって、動画の撮影では、静止画の撮影時に行う位置ずれ検出方法とは異なる位置ずれ検出方法によって、複数の画像間の位置ずれを検出する。特に、動画の撮影では、静止画の撮影時に行う位置ずれ検出方法よりも処理時間の短い位置ずれ検出方法によって、複数の画像間の位置ずれを検出するので、動画の撮影において、合成画像を生成するために要する時間を短縮して、フレームレートの低下を抑制し、滑らかな動画を表示することができる。
また、静止画撮影時の位置ずれ検出精度は、動画撮影時の位置ずれ検出精度よりも高いので、ユーザによって細部まで観察されることが多い静止画の画質を低下させることなく、動画のフレームレートの低下を抑制することができる。
特に、静止画撮影時には、複数の画像間の位置ずれ量として、画像上の位置に応じた複数の位置ずれ量を検出し、動画撮影時には、複数の画像間の位置ずれ量として、代表となる1つの位置ずれ量を検出するので、ユーザによって細部まで観察されることが多い静止画の画質を低下させることなく、動画のフレームレートの低下を抑制することができる。
−第2の実施形態−
第2の実施形態における撮像装置の構成は、図1に示す第1の実施形態における撮像装置の構成と同じである。
図11は、第2の実施形態における撮像装置によって行われるメインの処理を示すフローチャートである。図5に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
ステップS10からステップS60までの処理は、図5に示すフローチャートの処理と同じである。ステップS60に続くステップS1100では、現在の処理が静止画の撮影であるか、動画の撮影であるか、または、ライブビュー表示であるかを判定する。この判定における動画の撮影とは、動画データを記録媒体112に記録するための撮影である。静止画の撮影であると判定すると、ステップS80に進む。ステップS80では、動きベクトル算出部119の局所動きベクトル算出部30において、局所動きベクトルを算出する。
ステップS1110では、第1の画像データと第2の画像データとを合成する。ここでは、ステップS80で算出した局所動きベクトルに基づいて、第1の画像データと第2の画像データとの間の位置ずれを補正した後、位置ずれ補正後の第1の画像データおよび第2の画像データ間の相関係数値に基づいて、2つの画像データを合成する。ここでは、相関係数値が所定のしきい値より大きい場合に、第1の画像データの合成比αを1とし、第2の画像データの合成比(1−α)を0とする画素選択合成を行う。局所動きベクトルに基づいて位置ずれを補正してから、画像データを合成する処理は、図6に示すフローチャートの処理と同じである。
画素選択合成処理の詳細について、図12に示すフローチャートを用いて説明する。ステップS1210では、処理対象画素(i,j)の相関係数値Kを算出する。すなわち、第1の画像データの画素(i,j)の画素値と、第2の画像データの画素(i+x,j+y)の画素値の差分の絶対値を、相関係数値Kとして算出する。
ステップS1220では、ステップS1210で算出した相関係数値Kが所定のしきい値Kth以下であるか否かを判定する。相関係数値Kが所定のしきい値Kth以下であると判定すると、ステップS1230に進む。ステップS1230では、合成比αを0.5に設定する。
一方、ステップS1220において、相関係数値Kが所定のしきい値Kthより大きいと判定すると、ステップS1240に進む。ステップS1240では、合成比αを1に設定する。
ステップS1250では、上述した式(2)によって、第1の画像データの画素(i,j)と、第2の画像データの画素(i+x,j+y)とを合成する。
図11に示すフローチャートのステップS1100において、動画の撮影であると判定すると、ステップS100に進む。ステップS100では、動きベクトル算出部119のフレーム全体動きベクトル算出部29において、ステップS30で読み込んだ第1の画像データと、ステップS60で読み込んだ第2の画像データとの間のフレーム全体の動きベクトルを算出する。
ステップS1120では、第1の画像データと第2の画像データとを合成する。この処理は、図5に示すフローチャートのステップS110の処理と同じである。すなわち、ステップS100で算出したフレーム全体動きベクトルに基づいて、第1の画像データと第2の画像データとの間の位置ずれを補正した後、位置ずれ補正後の第1の画像データおよび第2の画像データを、合成比α=0.5で合成する単純合成処理を行う。
ステップS1100において、現在の処理がライブビュー表示であると判定すると、ステップS1130に進む。ステップS1130では、動きベクトル算出部119のフレーム全体動きベクトル算出部29において、ステップS30で読み込んだ第1の画像データと、ステップS60で読み込んだ第2の画像データとの間のフレーム全体の動きベクトルを算出する。ただし、ここでは、評価フレームおよび比較フレームを複数のブロックに分割(図3(a)、(b)参照)する際に、ステップS100で評価フレームおよび比較フレームを複数のブロックに分割する際のブロックの大きさよりも大きくする。これにより、ブロック数が少なくなるので、各ブロックの動きベクトル(図3(g)参照)を算出するための処理負荷が小さくなり、フレーム全体の動きベクトルの算出時間を短縮することができる。
この場合、ライブビュー表示における位置ずれ検出精度は、動画データ記録のための動画撮影時における位置ずれ検出精度よりも低いため、合成画像において、像ブレが生じやすくなる。しかしながら、ライブビュー表示では、動画データを記録媒体112に記録することがなく、ユーザがじっくりと画像を確認することはないため、視認上、問題になることはない。また、位置ずれ検出精度を低くして、処理時間を短くすることにより、ライブビュー表示のフレームレートを向上させることができる。
ステップS1140では、第1の画像データと第2の画像データとを合成する。この合成処理は、ステップS1120の処理と同じ合成処理、すなわち、単純合成処理である。
ステップS120以後の処理は、図5に示すフローチャートの処理と同じである。
以上、第2の実施形態における撮像装置によれば、ライブビュー表示時には、動画記録時の位置ずれ検出精度よりも低い位置ずれ検出精度にて、複数の画像間の位置ずれを検出する。これにより、ライブビュー表示時に、合成画像を生成するまでに要する時間を短くして、フレームレートを向上させることができる。
なお、上述した第1〜第2の実施形態の説明では、撮像装置が行う処理としてハードウェアによる処理を前提としていたが、このような構成に限定される必要はない。例えば、別途ソフトウェアにて処理する構成も可能である。例えば、コンピュータは、CPU、RAM等の主記憶装置、上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を備えている。ここでは、このプログラムを撮像プログラムと呼ぶ。そして、CPUが上記記憶媒体に記憶されている撮像プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の撮像装置と同様の処理を実現させる。
ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、この撮像プログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該撮像プログラムを実行するようにしても良い。
本発明は、上述した第1〜第2の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で様々な変形や応用が可能である。例えば、図11に示すフローチャートでは、動画撮影時およびライブビュー表示時のいずれも、合成処理として、単純合成処理を行った(ステップS1120,S1140)。しかしながら、ライブビュー表示に対して、像ブレの少ない画像データが望まれる動画撮影時には、重み付き合成を行うようにしてもよい。
また、図11に示すフローチャートのステップS1110の画素選択合成では、相関係数値Kが所定のしきい値Kthより大きい場合に、合成比αを1に設定し、相関係数値Kが所定のしきい値Kth以下の場合に、合成比αを0.5に設定した。しかしながら、相関係数値Kが所定のしきい値Kthの時に、合成比αを1とし、相関係数値Kが所定のしきい値Kthより小さくなるにつれて、合成比αを1から少しずつ小さくして、最終的に0.5となるように設定してもよい。
上述した第1および第2の実施形態では、RAWデータに対して合成処理を施すものとして説明したが、RAWデータに対して、同時化処理などの画像処理を施してから、合成処理を行うようにしてもよい。
図2に示す動きベクトル算出部119の構成について、輝度信号抽出部21,24の代わりに、例えば、評価フレームおよび比較フレームの色信号を抽出する色信号抽出部を設けてもよい。すなわち、評価フレームと比較フレームとの間の相関は、輝度以外の要素に基づいて求めても良い。
上述した実施形態では、ダイナミックレンジを拡大した画像を生成するために、露光時間の異なる複数の画像を合成する例を挙げて説明したが、本発明は、ダイナミックレンジの拡大のための画像合成に限定されることはない。例えば、ノイズ低減のために、複数の画像を合成して、合成画像を生成する技術に本発明を適用することもできる。
1…カメラ本体
2…交換式レンズ
101…メカシャッター
102…撮像素子
103…アナログ処理部
104…アナログ/デジタル変換部
106…SDRAM
107…画像処理部
108…AE処理部
109…AF処理部
110…画像圧縮展開部
112…記録媒体
114…LCD
115…マイクロコンピュータ
116…操作部
117…Flashメモリ
118…振動検出センサ
119…動きベクトル算出部
120…合成処理部
1010…レンズ
1011…Flashメモリ
1012…マイクロコンピュータ

Claims (9)

  1. 連続的な撮像により得られた複数の画像を合成して、合成画像を生成することができる撮像装置であって、
    前記複数の画像間の位置ずれを検出する第1の位置ずれ検出部と、
    前記第1の位置ずれ検出部による位置ずれ検出方法とは異なる位置ずれ検出方法にて、前記複数の画像間の位置ずれを検出する第2の位置ずれ検出部と、
    静止画の撮像であるか否かを判定する撮像モード判定部と、
    静止画の撮像であると判定されると、前記第1の位置ずれ検出部に前記複数の画像間の位置ずれを検出させ、静止画の撮像ではないと判定されると、前記第2の位置ずれ検出部に前記複数の画像間の位置ずれを検出させる制御部と、
    検出された位置ずれに基づいて、前記複数の画像間の位置ずれを補正する位置ずれ補正部と、
    位置ずれが補正された複数の画像を合成して、合成画像を生成する合成部と、
    を備えることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第2の位置ずれ検出部は、前記第1の位置ずれ検出部による位置ずれ検出方法よりも処理時間が短い位置ずれ検出方法にて、前記複数の画像間の位置ずれを検出することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記第1の位置ずれ検出部は、前記複数の画像間の位置ずれとして、画像上の複数の位置に応じた複数の位置ずれを検出し、
    前記第2の位置ずれ検出部は、前記複数の画像間の位置ずれとして、代表となる1つの位置ずれを検出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記第1の位置ずれ検出部の位置ずれ検出精度は、前記第2の位置ずれ検出部の位置ずれ検出精度よりも高いことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載に記載の撮像装置。
  5. 前記合成部は、前記撮像モード判定部によって静止画の撮像であると判定された場合に、静止画の撮像ではないと判定された場合よりも、像ブレの少ない合成画像を生成するための合成処理を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載に記載の撮像装置。
  6. 前記第2の位置ずれ検出部は、ライブビュー表示時には、動画記録時の位置ずれ検出方法とは少なくとも一部が異なる位置ずれ検出方法にて、前記複数の画像間の位置ずれを検出することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の撮像装置。
  7. 前記複数の画像は、異なる露光量で撮像された画像であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の撮像装置。
  8. 連続的な撮像により得られた複数の画像を合成して、合成画像を生成する撮像方法であって、
    静止画の撮像であるか否かを判定するステップと、
    静止画の撮像であると判定とすると、第1の位置ずれ検出方法によって、前記複数の画像間の位置ずれを検出するステップと、
    静止画の撮像ではないと判定すると、前記第1の位置ずれ検出方法とは異なる第2の位置ずれ検出方法にて、前記複数の画像間の位置ずれを検出するステップと、
    検出した位置ずれに基づいて、前記複数の画像間の位置ずれを補正するステップと、
    位置ずれが補正された複数の画像を合成して、合成画像を生成するステップと、
    を備えることを特徴とする撮像方法。
  9. 連続的な撮像により得られた複数の画像を合成して、合成画像を生成する処理をコンピュータに実行させるための撮像プログラムであって、
    静止画の撮像であるか否かを判定するステップと、
    静止画の撮像であると判定とすると、第1の位置ずれ検出方法によって、前記複数の画像間の位置ずれを検出するステップと、
    静止画の撮像ではないと判定すると、前記第1の位置ずれ検出方法とは異なる第2の位置ずれ検出方法にて、前記複数の画像間の位置ずれを検出するステップと、
    検出した位置ずれに基づいて、前記複数の画像間の位置ずれを補正するステップと、
    位置ずれが補正された複数の画像を合成して、合成画像を生成するステップと、
    をコンピュータに実行させるための撮像プログラム。
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