JP2938123B2 - 多機能デジタルカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、電荷転送素子（CCD）を用いた固体撮像
デバイスにより撮像信号を得る多機能デジタルカメラに
関する。

（従来の技術） 最近、固体撮像デバイスを用いたカラーカメラが開発
されている。このカメラは、家庭用としてはビデオムー
ビーとして、放送用としてはスタジオカメラ、EGNカメ
ラ（Electronics News Gatherringカメラ）として、業
務用としては監視用、工業用、医療用カメラとして用い
られるようになった。

しかし、これらの電子カメラは、いずれも被写体の画
像を撮像するという単機能である。

（発明が解決しようとす課題） 従来の電子カメラは、撮像するだけの単機能である
が、画像処理の分野においては各種の信号処理回路が必
要である。従って、画像合成などの特殊効果を得るため
には、別途付属装置を用意する必要がある。しかしこれ
では、カメラを利用したシステムが大掛かりなものとな
り、スペース、設備価格の面で好ましくない。

そこでこの発明の目的は、１台のカメラに画像信号処
理機能を持たせることにより、各種の画像処理が得ら
れ、使い勝手の広い多機能デジタルカメラを提供するこ
とにある。

さらにこの発明の目的は、固体撮像デバイスの撮像特
性の弱点をカバーすることができる多機能デジタルカメ
ラを提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、被写体からの光を捕らえる撮像レンズ
と、この撮像レンズによって結像される光学像を結像面
に受けて光電変換出力を得る固体撮像デバイスと、この
固体撮像デバイスの光電変換出力を画像信号に整える信
号処理回路とを備えたデジタルカメラにおいて、 少なくとも前記信号処理回路からの画像信号を含む複
数の画像信号が供給され、これらの画像信号をそれぞれ
異なる特性の処理経路に通した後合成して出力画像信号
を得る画質制御部を有し、 前記画質制御部には、帯域制限フィルタを含む前記信
号処理経路、輪郭強調回路を含む前記信号処理経路、カ
ラー強調回路を含む前記信号処理経路、カラー移相回路
を含む前記信号処理経路、階調伸張／低減回路を含む前
記信号処理経路、ビット変換を行うモザイク特殊回路を
含む前記信号経路の少なくともいずれかの信号処理経路
が設けられている。

（作用） 上記の手段により、画質制御部の中で画像信号に対し
て各種の特殊効果をもたせることができる。またカメラ
内部で特殊効果のための信号処理を行う構成であり、撮
影した後で特殊効果を持たせるための特別な処理装置を
必要とせず、即座に希望の画像を得ることができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明が適用されるデジタルカメラの全体
的な概略構成を示す図である。撮像レンズ10により導入
される光学像は、絞り部11を介して固体撮像デバイス12
の感光面に結像される。固体撮像デバイス12からは、光
電変換された電荷に対応する撮像信号が得られ、前置増
幅器13に入力される。前置増幅器13の出力は、信号処理
回路14に入力され、R,G,B成分の分離、輝度信号Ｙの合
成等が行われ画像信号が作成される。

信号処理回路14で得られた画像信号は、画質制御部15
の画質切換え回路16に入力される。なお、信号処理回路
14は、時間的に連続して画像信号を出力することができ
るが、フレームメモリを有し、並列に複数の画像信号を
出力することもできる。

画質切換え回路16は、複数の画像信号を処理して、そ
れぞれの画像信号を異なる特性の処理経路に通した後、
画像合成回路17に供給して合成させる。画質切換え回路
16において、各画像信号に対してどのような特性の処理
を施すかは、画質選択回路18により決定される。つまり
画質選択回路18は、画像信号の処理形態を設定する。こ
の場合、処理形態によっては、固体撮像デバイス12にお
けるシャッター速度やタイミングを変更する必要も生じ
てくる。このために、画質選択回路18の選択情報は、固
体撮像デバイス12を制御する駆動回路19にも供給されて
いる。なお20は、アイリス回路であり信号処理回路14に
おける画像信号の平均レベルに応じて自動的に絞りの程
度を制御する回路である。平均レベルが低い場合は、絞
りの開口を大きくし、平均レベルが高い場合は絞りの開
口を小さくするように制御している。画像合成回路17の
出力は、カラーエンコーダ22に入力され、所定の方式の
ビデオ信号に変換される。

画質切換え回路16に対しては、信号処理回路14から複
数回撮像した画像信号が次々と入力される場合もあり、
また信号処理回路16からと外部端子21からそれぞれ画像
信号が供給される場合もある。

第２図はこの発明の一実施例の要部である。

この実施例は、例えば２枚の画像を撮影して、第１の
画像信号にはシャープさをなくしてソフトな画像となる
ように細工して、第２の画像信号には何等細工をせず、
両者を合成した画像を得る写真現像技術に類似した機能
を持たせたものである。この機能によれば、第１の画像
で背景を撮影し、第２の画像で人間の顔を撮影した場
合、背景をソフトにして顔を浮きあがらせるという効果
を演出できる。

信号処理回路14からの第１の画像信号は、フィールド
メモリ42に一旦蓄積される。次に撮像した第２の画像信
号は、ゲート回路41に入力されるとともに輪郭抽出回路
45に入力される。輪郭抽出回路45は、例えば人物の輪郭
を抽出して輪郭の範囲内はゲート回路41を導通させ、輪
郭の外はゲート回路44を導通させる。ゲート回路44に
は、フィールドメモリ42の出力が帯域制限フィルタ43を
介して供給されている。

帯域制限フィルタ43は、２次元のローパスフィルタで
あり水平、垂直方向の低域特性を持つ。この特性は、通
常は固定であるが、画質選択回路18からその特性を調整
できるようにしてもよい。例えば水平カットオフ周波数
が0.5MHz、1MHz、2MHzというように選択できるようにし
てもよい。この場合、垂直方向についても同様であり、
走査線の複数本を用いて加算することにより低減成分を
得ることができる。例えば水平方向のカットオフ周波数
として0.5MHzを設定すると垂直解像度40TV本、2MHzでは
160TV本、1MHzでは80TV本というふうに低減フィルタ特
性が切換わるように設計される。

今、レンズの絞りがF8〜F11程度で屋外の風景を背景
として人物を撮像するものとする。画像信号としてはピ
ントの合った鮮明な画像信号であるものとする。第１の
画像信号は、フィールドメモリ42、帯域制限フィルタ43
を介してソフトな画像信号となりゲート回路44に入力さ
れる。次の第２の画像信号は、ゲート回路41に直接入力
される。ここでゲート回路41は、輪郭抽出回路45からの
制御信号により、人物部分の信号のみを選択して出力
し、ゲート回路44は風景（背景）部分の信号のみを選択
して出力することになる。そこでこの２つの画像信号を
合成回路17にて合成すれば、背景がソフトで人物が鮮明
な画像信号を得ることができる。

輪郭抽出回路45の輪郭検出方法として、色に基づいて
輪郭を判断する方法、コントラストに基づいて輪郭を判
断する方法、特定の移動物体を検出する方法が利用され
る。さらに予めデジタルで画像の特定範囲を指定してお
いてもよい。

上記の実施例では、１つの撮像カメラで同一箇所を２
回連続して撮影して、風景（背景）をソフトにする場合
を説明した。しかしこの実施例に限定されるものではな
く、ゲート回路41、44の各入力側あるいは出力側にさら
にフィールドメモリを設けて、別の箇所で撮影した画像
を合成できるように構成してもよい。この場合は、第１
の画像信号をソフトな画像に処理してフィールドメモリ
に蓄積しておき、あるいは、第２の画像信号を先に取得
してフィールドメモリに蓄積しておき、最終的に合成す
るときに時間合わせを行うように制御すればよい。ま
た、１台の撮像カメラで撮影した画像の合成のみなら
ず、第１図で述べた外部端子21からの画像信号を取り込
み２台のカメラで撮影した画像の合成を行ってもよい。

上記のようにこの実施例によると、一般のフィルムを
用いたカメラでは現像のときに細工される技術、あるい
は写真撮影の熟練者が特殊なレンズを用いて得ることが
できるような効果を、電子カメラの内部で即座に実現で
きるとういう特徴がある。

上記のように人物と風景の合成は勿論のこと、製品と
背景との関係においても背景をソフトにして製品を浮き
あがらせた画像を得ることもできる。また運動会などで
走っている子供にピントを合わせ、背景をぼかすなどの
処理も可能である。

さらに上記の説明では、人物の輪郭を抽出して人物を
浮きあがらせる画像を得る例を説明したが、製品等のよ
うに予め輪郭が分かっている場合は、その輪郭を輪郭抽
出回路45のメモリに予め登録しておき複雑な輪郭抽出処
理を省略するようにしてもよい。また、必ずしも輪郭を
抽出してその範囲を鮮明にする方法でなくても、所望の
エリア（例えば円形）を輪郭抽出回路あるいは別途設け
たメモリに登録しておき、この範囲だけを鮮明として他
の領域をソフトにするように使用してもよい。

第３図はこの発明の他の実施例である。

この実施例は、第１の画像信号に対しては、特定の周
波数成分を強調するようにして変形し、第２の画像信号
に対しては何等細工を施さず、両者を合成することによ
りあるいは一部を合成することにより不鮮明な部分をい
っそう鮮明にした画像を得られるようにしている。従っ
て、通常では全体の画像が不鮮明であっても、注目した
い部分だけを明確にしてみるという処理が可能である。

信号処理回路14からの画像信号は、ゲート回路41とフ
ィールドメモリ42に供給できるようになっている。フィ
ールドメモリ42の出力は、輪郭強調回路50に入力され
る。輪郭強調回路50は、垂直、水平の高域フィルタを含
み高域成分を強調して原信号に加算して出力する。例え
ば、垂直方向には２水平期間（2H）〜３水平期間（3H）
の遅延回路を用いて、遅延された信号と遅延されない信
号との差信号を作り垂直高域成分を取りだし、水平方向
には特定の周波数帯域の信号の増幅率を大きくするアパ
ーチャ回路により輪郭強調が行われる。このときの強調
周波数の設定、或いは強調の度合は、画質選択回路18か
らの制御信号で決定される。

さらに画質選択回路18は、ゾーン指定回路51にも制御
信号を供給し、輪郭強調画面の取り出しエリアを指定す
ることができる。ゾーン指定回路51は、輪郭強調された
画像信号の選択期間ではゲート回路44をオン、ゲート回
路41をオフに制御し、他の期間ではゲート回路44をオ
フ、ゲート回路41をオンにする。これにより、合成回路
17からは画面の一部が輪郭強調された形の画像信号を得
ることができる。

この実施例では、ゾーン指定回路51を設けて、画面の
一部（例えば中央の円形部分）が輪郭強調されるように
説明したが、画面全体を輪郭強調したものとしてもよ
い。この場合は、ゲート回路44のみがオンされる。ま
た、先の実施例のように、特定の被写体の領域（例えば
人物の顔）のみが輪郭抽出により選択されて、かつ輪郭
強調されるようにしてもよい。

さらにまた、輪郭強調を逆に利用して高域成分を原信
号から減算し、画像をぼかすような画像効果を得ること
もできる。

第４図はさらに他の実施例である。

この実施例は、第１の画像信号の特定の色成分を強調
し、第２の画像信号には何等細工せず色強調した部分の
信号と合成して出力するように構成されている。この実
施例であると、特定の動く被写体を追跡監視する場合に
有効な画像を得ることができる。

信号処理回路14からの画像信号は、ゲート回路41及び
フィールドメモリ42に入力されるように構成されてい
る。フィールドメモリ42の出力は、カラー強調回路52に
入力される。カラー強調回路52においては、画質選択回
路18からの制御信号に基づいて特定のカラー信号の利得
が制御される。カラー強調回路52の出力部の信号と入力
部の信号とは強調部検出回路53において差分が取られ、
強調部のタイミング検出のために利用される。カラー強
調タイミングでは、その検出信号により、ゲート回路44
がオン、ゲート回路41がオフされ、他のタイミングで
は、ゲート回路44はオフ、ゲート回路41はオンされる。
これにより、特定の色の部分だけが強調された画像を合
成回路17から得ることができる。

画質選択回路18によりゾーン指定回路51を制御し、強
調部検出回路53からのタイミング信号との論理和をとる
ことにより、特定のゾーンにおいてのみカラー強調した
画像を得ることも可能である。

さらに上記の実施例ではゲート回路41からの出力と合
成するようにしているが、ゲート回路44を常にオン、ゲ
ート回路41を常にオフすることにより全体的に指定した
色を強調した画像を得ることもできる。

色信号を制御する形態としては、上記の実施例に限定
されるものではなく、各種の形態が可能である。

上記の実施例は、色信号を強調する場合R,G,B信号の
いずれかの利得を制御するとして説明したが、（Ｒ−
Ｙ）信号、（Ｂ−Ｙ）信号のいずれかの利得を制御する
ようにしてもよい。このようにすると、画面の中で所望
の部分だけが色が濃くなり他の部分との違いがはっきり
と区別しやすくなる。例えば動いている被写体だけを色
強調するすると被写体の中で動いている部分が他の部分
と区別され観測する場合にわかりやすくなる。

カラー強調する部分を設定するには、各種の方法があ
る。予め上記した例のようにゾーンを指定する他に、今
まで述べた実施例における輪郭抽出手段、帯域制限手段
からの出力を利用して自動的に強調部分が定まるように
してもよい。

上記の実施例では、画質切換えとしてカラー強調を行
うことを示したが、逆にカラー除去を行ってもよい。

カラー除去回路としては、第４図のカラー強調回路52
の部分を除去回路に置き換え、第４図の強調検出回路53
の部分を除去部検出回路に置き換えればよい。除去方法
としてはR,G,B信号のいずれかまたは複数を指定して除
去する方法、（Ｒ−Ｙ）信号あるいは（Ｂ−Ｙ）信号の
いずれかまたは複数を指定して除去する方法がある。具
体的には指定された色信号（または色差信号）の経路の
利得を０にすることである。色差信号の経路の両方を０
にすることにより、残りは輝度信号Ｙのみとなる。

このような機能をもつことにより、被写体がカラー画
像、背景が白黒という画像を得ることができ注目したい
部分だけをカラー表示させることができる。このような
表示は例えば製品の宣伝画像を得る場合に利用できる。

第５図は、カラー信号に対して移相制御が行われるよ
うに成された実施例である。即ち、フィールドメモリ42
とゲート回路44との間に移相回路55を設け、この経路の
画像信号の色を可変できるようになされたものである。
移相回路55は具体的には、フィールドメモリ42からの
（Ｒ−Ｙ）信号が供給され差動増幅器61、（Ｂ−Ｙ）信
号が供給される差動増幅器62、輝度信号Ｙが供給される
増幅器63を有する。差動増幅器61、62からの（Ｒ−Ｙ）
信号、−（Ｒ−Ｙ）信号、（Ｂ−Ｙ）信号、−（Ｂ−
Ｙ）信号はセレクタ64に供給される。セレクタ64は、画
質選択回路18からの制御信号に基づいて任意の色差信号
を選択して導出し、ゲート回路44に入力することができ
る。ゲート回路44は、ゾーン指定回路51からの指定区間
でセレクタ64からの出力及び増幅器63からの輝度信号Ｙ
を選択して導出し、合成回路17に供給する。この合成回
路17には、ゲート回路41からの出力も供給される。

基本的な動作は、先の実施例と同じであるが、この実
施例によると、例えば（Ｒ−Ｙ）信号、（Ｂ−Ｙ）信号
の変りに−（Ｒ−Ｙ）信号、−（Ｂ−Ｙ）信号を選択す
ると補色の信号が得られ、ちょうどネガフィルムをみる
ような画像を得ることができる。

さらに色信号を操作して各種の画像効果を得る方法と
して、色副搬送波の位相を制御する方法もある。画面の
特定のエリアで色副搬送波の位相を変化させ、そのエリ
アに注目させるようにしてもよい。

また、このような機能を持つカメラであると、一部の
色温度が異なるような被写体を撮影する場合、特定部分
のカラー位相を可変することにより、正しく色再現され
た画像を得る場合にも有効である。また、窓の外の景色
のようなシーンでは、故意にカラー位相をシフトさせ色
変化した画像を得ることができる。

第６図はこの発明のさらに他の実施例である。

この実施例は、フィールドメモリ42とゲート回路44の
間に階調伸長／低減回路65を設けた例である。階調を調
整することによりこの経路の画像信号は、コントラスト
が調整されることになる。従って、フィールドメモリ42
の経路の画像信号として例えば被写体像を選択し、ゲー
ト回路41の経路の画像信号として例えば背景像を選択す
るような場合、被写体側の階調を伸長することにより、
合成画像では被写体を浮きあがらせた画像効果を得るこ
とができる。

階調伸長／低減は、具体的にはγ特性を変化させるこ
とにより実現できる。本来、撮像素子から導出された画
像信号は、従来からのγ補正が行われるのであるが、こ
の信号に対してさらにこの実施例ではγ特性をγ＝１、
あるいはγ＝1.2のように組み直すことになる。

全体画像の一部に上記のような処理を施した画像を挿
入することができる。例えば、全体画像ではコントラス
トの不鮮明なエリアがある場合、このエリアの信号に対
して階調制御を行えば、その部分のコントラストが強調
され鮮明化することができる。

第７図はさらにこの発明の他の実施例である。

この実施例は、フィールドメモリ42とゲート回路44の
間にモザイク特種回路66を設けた例である。モザイク特
種回路66は、例えば８ビットの階調で表現されて入力す
る画像信号を、６ビットあるいは４ビットの階調で表現
される画像信号に変換する回路である。このようにビッ
ト変換すると、階調的には多少不自然となるが、ノイズ
の混入量が減り、実質的にはS/Nが良くなる。例えば、
背景の青空の画像を強調してノイズの少ない画像にする
場合は有効である。またこの実施例はビット変換機能を
備えるので少ないビット数で表現すれば一部をぼかした
画像を得る場合にも利用できる。

第８図は、さらにまたこの発明の他の実施例である。

この実施例は、画質切換え回路16に対して外部端子21
を設けて、ここから第２の電子カメラの出力、あるいは
外部機器からの出力を供給できるように構成したもので
ある。

画質切換え回路16は、画質効果回路71を有し、この画
質効果回路71には信号処理回路14からの画像信号、ある
いは外部端子21からの画像信号を入力することができ
る。この画質効果回路71は、いずれか一方の入力画像信
号を画質選択回路18からの制御信号に基づいて処理す
る。例えばこの画質効果回路71には、先の実施例で説明
したような輪郭強調手段、帯域制限手段、カラー強調手
段等が内蔵されている。画質効果回路71で処理された画
像信号は、一旦フィールドメモリ42に蓄積される。そし
て次の撮像により例えば信号処理回路14からの画像信号
がゲート回路41に供給されるときにタイミングを合わせ
て読み出される。ゲート回路44と41とは画質選択回路18
からのタイミング信号に基づいていずれか一方がオン、
他方がオフしその出力を画像合成回路17に供給する。

なおゲート回路44をオンする場合、フィールドメモリ
42の出力から輪郭を検出したり、ある帯域を検出した
り、あるいは特定の色を検出することにより制御しても
よいことは、先に述べた実施例と同様である。

上記の実施例のように、外部入力端子からの画像信号
を直接画質切換え回路16に供給することによりS/Nの劣
化が少なく、しかも簡単に画像合成が可能である。

従来、放送局では複数台のカメラの出力信号をフレー
ムシンクロナイザに入力して各種の画像処理を行ってい
る。しかしこの方法であると、カメラ出力を一旦NTSC方
式あるいはR,G,Bのビデオ信号に変換して、各々独立し
たビデオ信号を得て再度各種処理を行っている。従っ
て、信号処理システムは、大掛かりで複雑な構成となっ
ている。このために画質が劣化することがある。これに
対して本発明のシステムでは、撮像時に外部入力信号と
ともに画像合成処理を行っているので、画像信号の信号
の劣化なく合成処理が可能である。さらに、第１の電子
カメラと第２の電子カメラとは、通常は外部同期をとっ
て動作させるので、水平、垂直の操作は同期しており大
掛かりなフレームシンクロナイザは不要となり、安価で
実用的な画像合成システムとして用いることができる。

外部入力信号との合成を行う場合、あらかじめプログ
ラムしておくことにより任意の時間に信号を取込むこと
ができ撮影時に必要に応じて呼出してきて画像合成を行
うことができる。よって、撮影時に簡単に編集された１
つの番組を造り上げることも可能となる。

さらにまた、上記のシステムは、第１と第２のカメラ
の同時撮影を行っている最中でもその編集処理が可能で
ある。このときはフィールドメモリ42部はスルー状態あ
るは蓄積状態のいずれにも切換えできるように構成され
る。第１のカメラで全体のシーンを撮影しながら、第２
のカメラで重要な部分をアップして撮影し、全体の風景
を見て雰囲気を味わいながら細部の様子は詳しく観察で
きるという効果を得ることができる。また、第１と第２
のカメラとで同一被写体を異なるアングルから撮影して
動作を分析するような利用も可能である。

さらに、外部入力信号としては、スチル撮影用の電子
カメラからのものでもよく、例えば決定的な瞬間を静止
画として撮影したような場合、その確認を行う場合に利
用できる。また、電子カメラの画像信号（外国の風景、
街等）を背景用の信号として用い、これに撮影した被写
体の画像信号をはめ込むという処理も可能である。

また、外部入力信号としてはビデオデッキあるはテレ
ビジョン受信機からのR,G,B信号であってもよい。また
ビデオデッキからの信号を用いる場合は、入力端子21の
すぐ後に、時間軸補正回路を設けて信号の時間軸変動を
無くして処理する方が好ましい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、１台のカメラに画像
信号処理機能を持たせることにより、各種の画像処理が
得られ、使い勝手の広い多機能デジタルカメラを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用されるデジタルカメラの全体的
な概略構成を示す構成説明図、第２図乃至第８図はそれ
ぞれこの発明の実施例を示す回路図である。 10……撮像レンズ、11……絞り部、12……固体撮像レン
ズ、13……前置増幅器、14……信号処理部、15……画質
制御部、16……画質切換え回路、17……画像合成回路、
18……画質選択回路、19……駆動回路、20……アイリス
回路、21……外部入力端子、42……フィールドメモリ、
43……帯域制限フィルタ、44、41……ゲート回路、45…
…輪郭抽出回路、50……輪郭強調回路、51……ゾーン指
定回路、52……カラー強調回路、53……強調部検出回
路、55……移相回路、65……階調伸長／低減回路、66…
…モザイク特種回路、71……画質効果回路。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体からの光を捕らえる撮像レンズと、
   この撮像レンズによって結像される光学像を結像面に受
   けて光電変換出力を得る固体撮像デバイスと、この固体
   撮像デバイスの光電変換出力を画像信号に整える信号処
   理回路とを備えたデジタルカメラにおいて、 少なくとも前記信号処理回路からの画像信号を含む複数
   の画像信号が供給され、これらの画像信号をそれぞれ異
   なる特性の処理経路に通した後合成して出力画像信号を
   を得る画質制御部を有し、 前記画質制御部には、帯域制限フィルタを含む前記信号
   処理経路、輪郭強調回路を含む前記信号処理経路、カラ
   ー強調回路を含む前記信号処理経路、カラー位相回路を
   含む前記信号処理経路、階調伸張／低減回路を含む前記
   信号処理経路、ビット変換を行うモザイク特殊回路を含
   む前記信号経路の少なくともいずれかの信号処理経路が
   設けられていることを特徴とする多機能デジタルカメ
   ラ。
2. 【請求項２】前記画質制御部は、外部入力端子を有し、
   ここから電子カメラ若しくはビデオテープレコーダなど
   の外部機器からの画像信号を導入可能とすることを特徴
   とする請求項１記載の多機能デジタルカメラ。
3. 【請求項３】前記画質制御回部は、前記信号処理経路と
   これと並列な直接経路の信号処理経路を有し、指定され
   た画像エリアに応じて前記各信号処理経路の出力を選択
   的に導出して合成することを特徴とする請求項１または
   ２に記載の多機能デジタルカメラ。