JP2015139127A - 撮像装置 - Google Patents

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和敬 高橋
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Abstract

【課題】像ブレを生じさせないで表現豊かな画像を生成する。【解決手段】撮像装置は、被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、撮像画像に対して第1の画像処理を行い、第1の画像を生成する第1画像処理部と、撮像画像に対して第2の画像処理を行い、第2の画像を生成する第2画像処理部と、第1の画像と第2の画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、撮像装置に関する。
連続撮影された複数の画像を合成して、画像の表現の幅を広げる技術が知られている。たとえば、特許文献1では、異なる露出で連続撮影された複数の画像を合成して白とびや黒つぶれを抑えた画像を作成している。
特開2011−15380号公報
連続撮影した複数の画像を合成する場合、被写体が動いてしまうと合成画像に像ブレが生じることがある。
本発明による撮像装置は、被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、撮像画像に対して第1の画像処理を行い、第1の画像を生成する第1画像処理部と、撮像画像に対して第2の画像処理を行い、第2の画像を生成する第2画像処理部と、第1の画像と第2の画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、像ブレを生じさせないで表現豊かな画像を生成することができる。
本発明の一実施の形態による撮像装置の構成を例示するブロック図である。 ASICの機能ブロック図である。 鮮鋭化フィルタの一例を示す図である。 本発明の一実施の形態による撮像装置の設定と、合成画像の生成に用いる第1画像および第2画像との対応関係の一例を示す図である。 発明の一実施の形態による撮像装置の動作に関するフローチャートである。 マスク画像の生成に関するフローチャートの一例である。
図1は、本発明の一実施の形態による撮像装置の構成を例示するブロック図である。図1に例示されるデジタルカメラ1は、撮影レンズ7と、絞り8と、絞り駆動部9と、撮像素子10と、アナログ信号処理回路11と、A/D変換回路12と、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)13と、ドライバ16と、タイミングジェネレータ(TG)17と、CPU18と、RAM19と、ROM20と、表示モニタ21と、メインスイッチ22と、半押しスイッチ23と、全押しスイッチ24と、測光装置25と、記録媒体27とを備える。
撮影レンズ7は、ズームレンズやフォーカシングレンズを含む複数のレンズ群で構成され、被写体像を撮像素子10の受光面に結像させる。なお、図1では、図を簡単にするため、撮影レンズ7は単レンズとして示されている。
絞り8は、複数枚の絞り羽根(不図示)から形成され、撮像素子10に受光させる光束の光量を調整する。絞り駆動部9は、CPU18が設定した絞り値に基づいて、絞り羽根(不図示)を駆動する。
撮像素子10は、例えばCCDやCMOS等の撮像素子であり、撮影レンズ7により結像された被写体像を撮像する。ドライバ16は、タイミングジェネレータ17からタイミング信号が入力されており、そのタイミング信号に基づいて駆動信号を生成し、撮像素子10へ出力する。撮像素子10は、ドライバ16から入力された駆動信号に基づいて、被写体像に関するアナログ撮像信号を出力する。
アナログ信号処理回路11は、撮像素子10から出力されたアナログ撮像信号に対して、ISO感度に応じた信号増幅処理などのアナログ信号処理を行う。A/D変換回路12は、アナログ信号処理回路11によるアナログ信号処理後の電気信号をRGB色空間に基づくデジタル撮像信号に変換して、デジタル撮像信号をASIC13に出力する。ASIC13は、RAM19を作業領域として、A/D変換回路12から出力されるデジタル撮像信号に対して後述する画像処理を行う。
CPU18は、RAM19を作業領域として用いてROM20に記憶された制御プログラムを実行して、デジタルカメラ1の各部を制御する。ROM20は、例えばEEPROM、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであって、デジタルカメラ1の制御プログラム等を記憶している。表示モニタ21は、例えば液晶モニタであって、メニュー画面や、記録媒体27に保存された記録用画像の再生画面などが表示される。
メインスイッチ22は、オン操作またはオフ操作に応じた操作信号をCPU18へ出力する。CPU18は、オン操作信号を受けた場合に不図示の電源回路から各ブロックへ電源供給を開始させ、オフ操作信号を受けた場合には該電源回路から各ブロックへの電源供給を停止させる。
半押しスイッチ23および全押しスイッチ24は、レリーズボタン(不図示)の押下操作に連動してオン/オフされ、それぞれが操作信号をCPU18へ出力する。半押しスイッチ23は、レリーズボタン(不図示)が通常ストロークの半分程度まで押し下げ操作されると半押し信号を出力する。そして、半押しスイッチ23は、半ストロークの押し下げ操作解除により半押し信号の出力が解除される。
全押しスイッチ24は、レリーズボタン(不図示)が通常ストロークまで押し下げ操作されると全押し信号を出力する。そして、全押しスイッチ24は、通常ストロークの押し下げ操作が解除されると全押し信号の出力が解除される。
測光装置25は、CPU18に対して半押しスイッチ23の半押し信号が入力されたとき、被写体の輝度を算出する。記録媒体27は、例えば、フラッシュメモリカードなどのデータストレージ部材によって構成され、記録用画像などが保存される。
(デジタルカメラ1のモード)
デジタルカメラ1は、複数のシーンモード、例えば、ポートレートモード、建物モードなどを有する。ポートレートモードでは、デジタルカメラ1の各部の設定が人物撮影に最適な設定に変更される。建物モードでは、デジタルカメラ1は、デジタルカメラ1の各部の設定が建築物をシャープに写すのに最適な設定に変更される。
また、デジタルカメラ1には、複数の仕上り調整モード、例えば、ビビッド、モノクロームなどを有する。ビビッドモードでは、被写体の輪郭やコントラストが強調された画像が生成される。モノクロームモードでは、白黒やセピアなど単色の濃淡で表現された画像が生成される。
図2は、ASIC13の機能ブロック図である。ASIC13は、画像取り込み部131と、画像処理部132と、ローパスフィルタ部133と、ノイズフィルタ部134と、アルファブレンド部135と、リサイズ部136と、圧縮部137と、記録部138とを有する。
画像取り込み部131は、A/D変換回路12から出力されるデジタル撮像信号を入力画像191として取り込む。
画像処理部132は、入力画像191に対して、輪郭抽出、輪郭強調、彩度強調、ガンマ補正、ホワイトバランス調整、補間などの画像処理を行い、現像画像192を生成する。
輪郭抽出では、画像処理部132は、入力画像191の輪郭(エッジ)を抽出する。たとえば、画像処理部132は、入力画像191に対して公知のSobelフィルタ等を適用して、所定の閾値以上の画素を入力画像191の輪郭として抽出する。輪郭抽出の強度は、所定の閾値を変えることによって調整することができる。
輪郭強調では、画像処理部132は、入力画像191に対して公知の鮮鋭化フィルタを適用して、入力画像191の輪郭を強調する。図3は、大きさが3×3の鮮鋭化フィルタの一例を示す。図3に例示する鮮鋭化フィルタ30のkの値を変えることにより、鮮鋭化の程度、すなわち輪郭強調の強度を変えることができる。以降の説明では、k=1のとき、輪郭強調の強度が標準であるものとする。
彩度強調では、画像処理部132は、RGB色空間に基づく入力画像191をHSV色空間に基づく画像データに変換して、変換後の画像データの彩度sの値を所定値s1増加させた後、再び元のRGB色空間に変換する。彩度強調の強度は、所定値s1を変えることによって調整することができる。
ローパスフィルタ部133は、現像画像192に対して、ローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタ部133は、現像画像192に含まれる空間周波数成分のうち、所定周波数fth以上の周波数成分を除去する。所定周波数fthの値は、調整可能であって、所定周波数fthの値を小さくする、すなわち除去する周波数成分の周波数範囲を広くすると、ローパスフィルタ処理の強度は強くなる。なお、ローパスフィルタ処理は、現像画像192の全体に対して適用することもできるし、現像画像192の部分に対して適用することもできる。たとえば、輪郭抽出により抽出された輪郭の部分にのみローパスフィルタ処理を適用することができる。
ノイズフィルタ部134は、現像画像192に対して、ノイズフィルタ処理を行う。例えば、ノイズフィルタ部134は、現像画像192の各画素について、その画素を中心とするn×n個の画素の画像データの平均値や中央値を算出して、ノイズフィルタ処理後の画像データとする。nの値、すなわちノイズフィルタ処理のフィルタ(オペレータ、演算子)のサイズは、調整可能である。nの値が大きくなるほど、ノイズフィルタ処理の強度は強くなる。以降の説明では、n=3のとき、ノイズフィルタ処理の強度が標準であるものとする。
画像処理部132は、前述の画像処理のうち所定の画像処理を特別な設定値に設定して入力画像191に施して第1画像Img1または第2画像Img2を生成する。また、ローパスフィルタ部133またはノイズフィルタ部134は、現像画像192に所定のフィルタ処理を施して第1画像Img1または第2画像Img2を生成する。
アルファブレンド部135は、上述の第1画像Img1および第2画像Img2をアルファブレンド処理により合成して合成画像194を生成する。アルファブレンド部135は、下式(1)を画素位置(i,j)ごとに算出して、合成画像194を生成する。ここで、α(i,j)は、0以上1以下の係数であって、後述するマスク画像193に基づいて定められる。
Img1(i,j)×α(i,j)+Img2(i,j)×(1−α(i,j)) ・・・(1)
図4は、デジタルカメラ1の設定と、アルファブレンド部135によって合成される第1画像Img1および第2画像Img2との対応関係の一例を示す。以降、図4に例示するように、合成画像194の生成に用いる第1画像Img1と第2画像Img2を決定する条件となるデジタルカメラ1の設定を画像決定条件と称する。
〔1〕デジタルカメラ1のISO感度が所定値より高い、たとえばISO800より高い場合は、ノイズが多くなるため、以下に示す画像を第1画像Img1と第2画像Img2とする。
第1画像Img1:現像画像192に対して標準強度、たとえばn=3より強めにノイズフィルタをかけた画像
第2画像Img2:現像画像192に対して標準強度、たとえばn=3のノイズフィルタをかけた画像
〔2〕デジタルカメラ1のシーンモードが建物モードの場合は、以下に示す画像を第1画像Img1と第2画像Img2とする。
第1画像Img1:入力画像191に対して標準強度(k=1)より強めに輪郭強調処理を適用した画像
第2画像Img2:現像画像192の輪郭部の近傍にローパスフィルタをかけた画像
なお、第2画像Img2における現像画像192の輪郭部は、入力画像191に対して輪郭抽出処理を行うことによって抽出される。
〔3〕デジタルカメラ1のシーンモードがポートレートモードの場合は、以下に示す画像を第1画像Img1と第2画像Img2とする。
第1画像Img1:入力画像191に対して標準強度(k=1)より強めに輪郭強調処理を適用した画像
第2画像Img2:現像画像192の全体に対して標準強度のローパスフィルタをかけた画像
〔4〕デジタルカメラ1の仕上り調整モードがビビッドモードの場合は、以下に示す画像を第1画像Img1と第2画像Img2とする。
第1画像Img1:入力画像191に対して所定強度の彩度強調を行った画像
第2画像Img2:入力画像191に対して第1画像Img1を生成したときと同一の強度の彩度強調を行った画像
なお、第1画像Img1を生成する際の彩度強調処理の強度と、第2画像Img2を生成する際の彩度強調処理の強度は、異なる値を用いてもよい。
マスク画像193は、入力画像191の輝度情報に基づいて生成される所定階調数(たとえば256階調)のモノクロ画像である。前述した上式(1)における係数α(i,j)は、このマスク画像193の各画素位置(i,j)の輝度で表現されている。たとえば、マスク画像193の各画素位置(i,j)の輝度が高いほど、合成画像194における第1画像の割合が高くなると共に第2画像の割合が低くなる。
リサイズ部136は、画像の縮小、拡大を行う。圧縮部137は、画像をJPEG形式などの画像形式に圧縮して、圧縮画像195を生成する。記録部138は、記録媒体27に圧縮画像195を記録する。
図5は、デジタルカメラ1の動作に関するフローチャートである。図5に示す動作は、CPU18がROM20に記憶されたプログラムに基づいてデジタルカメラ1の各部、例えばASIC13を制御することにより実行される。
ステップS200では、CPU18は、デジタルカメラ1の設定、たとえば、ISO感度の設定、シーンモードの設定、仕上り調整モードの設定などを受け付ける。
ステップS201では、CPU18は、全押しスイッチ24から全押し信号が入力されたか否かを判定する。CPU18は、全押しスイッチ24が入力されていない場合はステップS200に戻り、全押しスイッチ24が入力されている場合はステップS202に進む。
ステップS202では、CPU18は、一つの入力画像191の取り込みを実施する。ステップS203では、CPU18は、入力画像191に所定の画像処理を施して現像画像192を生成する。
ステップS204では、CPU18は、ステップS200で設定されたデジタルカメラ1の設定が画像決定条件を満たしているか否かを判定する。CPU18は、例えば、デジタルカメラ1の設定が図3のデジタルカメラの設定の欄に示した設定のいずれかを満足する場合、ステップS204を肯定判定してステップS205に進む。一方、デジタルカメラ1がいずれの選定条件も満たさない場合、ステップS204を否定判定してステップS210に進む。
ステップS205では、CPU18は、デジタルカメラ1の設定が満足する画像決定条件に応じた第1画像Img1を生成する。たとえば、デジタルカメラ1のシーンモードがポートレートモードに設定されている場合、第1画像Img1として、入力画像191に対して標準強度より強めに輪郭強調処理を適用した画像を生成する。
ステップS206では、CPU18は、デジタルカメラ1の設定が満足する画像決定条件に応じた第2画像Img2を生成する。たとえば、デジタルカメラ1のシーンモードがポートレートモードに設定されている場合、第2画像Img2として、現像画像192に対して標準強度のローパスフィルタをかけた画像を生成する。
ステップS207では、CPU18は、入力画像191に基づいて、マスク画像193を生成する。
ステップS208では、CPU18は、ステップS207で生成したマスク画像M(i,j)に応じたαに基づいて、第1画像Img1(i,j)および第2画像Img2(i,j)を合成して、合成画像194を生成する。
ステップS209では、CPU18は、ASIC13の圧縮部137を制御して、ステップS208で生成した合成画像194を圧縮して圧縮画像195を生成させる。CPU18は、圧縮画像を生成した後、ステップS200の処理に戻る。
ステップS210では、CPU18は、ステップS203で生成した現像画像192を圧縮して圧縮画像195を生成させる。CPU18は、圧縮画像を生成した後、ステップS200の処理に戻る。
図6は、ステップS207で実行されるマスク画像M(x,y)の生成に関するフローチャートである。
ステップS300では、CPU18は、ASIC13を制御して、入力画像191に基づいて、各画素位置(i,j)における輝度画像Y1(i,j)を生成させる。たとえば、下式により輝度画像Y1(i,j)を生成させる。なお、R(i,j)、G(i,j)、B(i,j)は、それぞれRGB色空間に基づく画像データである。
Y1(i,j)=0.299×R(i,j)+0.587×G(i,j)+0.114×B(i,j)
ステップS301では、CPU18は、ASIC13のリサイズ部136を制御して、ステップS300で生成した輝度画像Y1を縮小して、輝度画像Y2を生成する。画像を縮小することにより、続くステップS302の処理を高速化することができる。
ステップS302では、ASIC13は、ステップS301で縮小した輝度画像Y2に対して所定強度のローパスフィルタ処理を適用して、輝度画像Y3を生成する。
ステップS303では、CPU18は、ASIC13のリサイズ部136を制御して、ステップS302でローパスフィルタを適用した輝度画像Y3を縮小前の輝度画像Y1と同一の大きさになるまで拡大して、マスク画像193を生成する。
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)デジタルカメラ1は、ASIC13を備える。ASIC13は、CPU18の制御のもと、入力画像191または現像画像192に対して、画像処理部132、ローパスフィルタ部133、ノイズフィルタ部134などを用いて、種々の画像処理(図4)を行って第1画像と第2画像とを生成する。また、ASIC13は、アルファブレンド部135を用いて、それらの第1画像と第2画像とを合成して合成画像194を生成する。デジタルカメラ1は、第1画像と第2画像を一つの入力画像191をもとに生成することにより、像ブレを生じさせないで表現豊かな画像を生成することができる。
(2)デジタルカメラ1は、ISO感度が所定値より高い場合、現像画像192に対して標準強度より強めにノイズフィルタ処理を適用した画像を第1画像として生成し、現像画像192に対して標準強度のノイズフィルタを適用した画像を第2画像として生成する。このようにすることで、像ブレを生じさせることなく、現像画像192にノイズフィルタを適用した画像よりもノイズの少ない画像を生成することができる。
(3)デジタルカメラ1は、ポートレートモードに設定されている場合には、入力画像191に対して標準強度より強めに輪郭強調処理を適用した画像を第1画像として生成し、現像画像192に対して標準強度のローパスフィルタを適用した画像を第2画像として生成する。このようにすることで、像ブレを生じさせないで背景をぼかした画像を生成することができる。
また、デジタルカメラ1は、建物モードに設定されている場合には、入力画像191に対して標準強度より強めに輪郭強調処理を適用した画像を第1画像として生成し、現像画像192の輪郭部の近傍にローパスフィルタを適用した画像を第2画像として生成する。このようにすることで、像ブレを生じさせないで建物の像を強調した画像を生成することができる。
(4)デジタルカメラ1は、ビビッドモードに設定されている場合には、入力画像191に対して所定の強度の彩度強調処理を適用して、第1画像と第2画像を生成する。第1画像を生成する際の彩度強調処理の強度と、第2画像を生成する際の彩度強調処理の強度とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。入力画像191に対して彩度強調処理を行って生成した第1画像と第2画像とを合成することにより、入力画像191よりもダイナミックレンジの広い画像を生成することができる。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(変形例1)上記の実施の形態では、デジタルカメラ1は、撮影レンズ7がカメラと一体的に形成されたレンズ固定式のデジタルカメラとした。しかしながら、本発明は、カメラボディと、そのカメラボディに着脱可能な交換レンズからなるレンズ交換式のカメラシステムにも適用することができる。レンズ交換式のカメラシステムに適用した場合、図1に図示された構成のうち撮影レンズ7、絞り8、絞り駆動部9が交換レンズ側の構成となり、その他の構成がカメラボディ側の構成となる。
(変形例2)上記の実施の形態では、撮像素子10と、アナログ信号処理回路11およびA/D変換回路12を別々の構成として示したが、アナログ信号処理回路11およびA/D変換回路12は、撮像素子10と一体的に形成することにしてもよい。
(変形例3)図4に例示した第1画像Img1および第2画像Img2との対応関係は、あくまで一例であって、図4に例示した対応関係の一部またはすべてが実装されていなくてもよいし、他の対応関係が実装されていてもよい。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
1 デジタルカメラ
10 撮像素子
13 ASIC
30 鮮鋭化フィルタ
Img1 第1画像
Img2 第2画像
131 画像取り込み部
132 画像処理部
133 ローパスフィルタ部
134 ノイズフィルタ部
135 アルファブレンド部
191 入力画像
192 現像画像
193 マスク画像
194 合成画像
195 圧縮画像

Claims (7)

  1. 被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、
    前記撮像画像に対して第1の画像処理を行い、第1の画像を生成する第1画像処理部と、
    前記撮像画像に対して第2の画像処理を行い、第2の画像を生成する第2画像処理部と、
    前記第1の画像と前記第2の画像とを合成して合成画像を生成する画像合成部と、
    を備えることを特徴とする撮像装置。
  2. 請求項1に記載の撮像装置において、
    前記第2画像処理部は、画像処理の種類が前記第1画像処理部と同一であって、前記画像処理の強度が前記第1画像処理部と異なることを特徴とする撮像装置。
  3. 請求項2に記載の撮像装置において、
    前記撮像部は、撮像素子を有し、
    前記撮像素子の受光感度が高いときに、
    前記第2画像処理部は、前記撮像画像に対して第1強度でノイズフィルタ処理を行い、
    前記第1画像処理部は、前記撮像画像に対して前記第1強度よりも強い第2強度でノイズフィルタ処理を行うことを特徴とする撮像装置。
  4. 請求項1に記載の撮像装置において、
    前記第2画像処理部は、画像処理の種類が前記第1画像処理部と異なることを特徴とする撮像装置。
  5. 請求項4に記載の撮像装置において、
    前記第1画像処理部は、前記撮像画像に対して、輪郭を強調する処理を行い、
    前記第2画像処理部は、前記撮像画像に対して、輪郭をぼかす処理を行うことを特徴とする撮像装置。
  6. 請求項1に記載の撮像装置において、
    前記第2画像処理部は、画像処理の種類と強度が前記第1画像処理部と同一であることを特徴とする撮像装置。
  7. 請求項6に記載の撮像装置において、
    前記第1画像処理部および前記第2画像処理部は、前記撮像画像に対して、同一強度で彩度強調処理を行うことを特徴とする撮像装置。
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