JP4649807B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、例えば電子スチルカメラに適用することができる。本発明は、撮像結果のゲインアップに連動して、低輝度の部分の階調を抑圧するようにガンマ特性の補正を切り換えることにより、ＡＧＣによる露光制御において、著しい画質の劣化を防止することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子スチルカメラ等の撮像装置においては、絞り調整、シャッター速度調整、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）により露光制御するようになされている。
【０００３】
すなわち撮像装置においては、絞り調整により撮像素子への入射光量を制御し、また電子シャッターにより電荷蓄積時間を制御して撮像素子の蓄積電荷を制御する。なお機械式のシャッターを有する構成においては、この機械式のシャッターの制御により撮像素子の露光時間を制御する。これらにより撮像装置においては、適切な光量による撮像結果を得ることができるようになされている。
【０００４】
これに対してこのようにして露光制御しても、充分な明るさにより撮像結果を得ることができない場合、撮像装置においては、撮像結果を増幅する増幅回路の利得を増大させ、ＡＧＣによる露光制御より撮像結果をゲインアップさせて、不足する光量を補うようになされている。
【０００５】
近年、簡易な構成による電子スチルカメラにおいては、これらの露光制御手法のうち、電子シャッター及びＡＧＣにより露光制御するものも提供されるようになされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでＡＧＣによる露光制御において、利得を増大した場合、その分、撮像結果に含まれるノイズレベルも増幅されることにより、撮像結果の低輝度の部分、時部でノイズが目立ってしまい、これにより著しく画質の劣化が知覚される問題がある。
【０００７】
このようなノイズは、ＡＧＣ回路の前段のアナログ信号処理の段階で発生するものが主であり、近年のように画素数が増大して１画素当たりの蓄積電荷量が少なくなればなる程、顕著となる。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ＡＧＣによる露光制御において、著しい画質の劣化を防止することができる撮像装置を提案しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、撮像結果を出力する撮像手段と、前記撮像結果を所定の利得による増幅して出力する増幅回路と、前記増幅回路より出力される前記撮像結果をガンマ補正して出力する信号処理回路と、前記撮像結果の輝度レベルを基準にして、少なくとも前記増幅回路、前記信号処理回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記増幅回路における前記利得の増大に連動させて、低輝度の部分の階調を抑圧するように、前記信号処理回路におけるガンマ補正の特性を切り換え、前記撮像結果における輝度レベルの分布において、輝度レベルの偏り又は集中が検出された場合、前記利得の増大に連動させた前記ガンマ補正の特性の切り換えを停止する。
【００１０】
請求項１の構成によれば、増幅回路における利得の増大に連動させて、低輝度の部分の階調を抑圧するように、信号処理回路におけるガンマ補正の特性を切り換え制御することにより、利得の増大によりゲインアップしてノイズが目立つようになっても、このノイズを目立たないように補正することができ、これによりＡＧＣによる露光制御においても、著しい画質の劣化を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１２】
（１）実施の形態の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る電子スチルカメラを示すブロック図である。この電子スチルカメラ１において、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）２は、単板式のカラー画像用固体撮像素子であり、タイミングジェネレータ（ＴＧ）３より出力される各種駆動信号により動作して、図示しない光学系により撮像面に形成される被写体の画像を光電変換し、撮像結果である撮像信号を出力する。
【００１３】
タイミングジェネレータ３は、ＣＣＤ２の各種駆動信号を生成して出力する。この処理において、タイミングジェネレータ３は、自動露光制御部５の制御により、ＣＣＤ２の電荷蓄積時間を可変するように駆動信号のタイミングを可変する。これによりこの電子スチルカメラ１では、自動露光制御部５の制御によりシャッター速度を種々に可変として露光制御できるようになされている。
【００１４】
ＡＧＣ回路４は、図示しない相関二重サンプリング回路を介して、ＣＣＤ２より出力される撮像信号を受け、この撮像信号を所定の利得により増幅して出力する。ＡＧＣ回路４は、自動露光制御部５の制御により利得を可変し、これによりＡＧＣによる露光制御の処理を、後述する自動露光制御部５、ＤＳＰ（Digital Signal processor）７と共に実行するようになされている。
【００１５】
ＡＤＣ（Analog to Digital Converter ）６は、このＡＧＣ回路４の出力信号をアナログディジタル変換処理して出力する。
【００１６】
ＤＳＰ７は、ＡＤＣ６の出力信号をニー処理し、また内蔵のガンマ補正部７Ｂによりガンマ補正処理した後、その結果得られる画像データＤＶを必要に応じてデータ圧縮して出力する。なおＤＳＰ７は、ＣＣＤ２が補色系のカラーフィルタを配置してなる撮像素子の場合、ＡＤＣ６の出力信号を演算処理して色信号を生成した後、これらの色信号によりニー処理等を実行する。
【００１７】
ＤＳＰ７は、これらの処理において、例えば平均値検波により撮像結果の輝度レベルを検波し、その検波結果である検波データＤ１を出力する。またＤＳＰ７は、自動露光制御部５の制御により、ガンマ補正の特性を切り換える。
【００１８】
自動露光制御部５は、例えばこの電子スチルカメラ１の動作を制御するコントローラの一部の機能により構成される。なおこのコントローラにおいては、ユーザーによる各種の操作に応動したＤＳＰ７の動作の制御等により、図示しない表示装置に画像データＤＶを出力して撮像結果を表示し、さらにはデータ圧縮してなる画像データＤＶを所定の記録媒体に記録するようになされている。
【００１９】
自動露光制御部５は、ＤＳＰ７から出力される検波データＤ１の重み付け加算により、撮像結果全体の明るさを検出する。さらに自動露光制御部５は、このようにして得られる加算値を基準にしてタイミングジェネレータ３の動作を制御することにより、撮像結果の明るさが所定の明るさとなるように、電子シャッターのシャッター速度を制御する。
【００２０】
自動露光制御部５は、このような制御により、電子シャッターのシャッター速度を最長のシャッター速度（ＣＣＤの電荷蓄積時間を可能な範囲で最も長い時間に設定した場合である）に設定して、撮像結果の明るさを確保できない場合、ＡＧＣ回路４に利得の増大を指示する。またこの指示により増大するＡＧＣ回路４の利得に応じて、ＤＳＰ７にガンマ補正の特性の切り換えを指示する。
【００２１】
この処理において、自動露光制御部５は、図２に示すように、検波データの処理により、撮像結果における輝度レベルの分布を検出する。さらにこの輝度レベルの分布より、輝度レベルが特定のレベルに偏ったり、集中しているか判断する。
【００２２】
ここで図３に示すように、撮像結果において、背景である高輝度レベルの部分がほぼ画面の１／３を占め、水面の部分である中輝度レベルの部分が画面の１／３を占め、被写体である低輝度レベルの部分が残り画面の１／３を占めている場合のように、各画素の輝度レベルが種々の値に広く分布してなる検出結果が得えられた場合、すなわち画面中に輝度レベルの偏り、集中が検出されない場合、自動露光制御部５は、ＡＧＣ回路４における利得に切り換えに連動させて、ガンマ補正の特性の切り換えを指示する。
【００２３】
ここで自動露光制御部５は、図４において矢印Ａにより示すように、ＡＧＣ回路４の利得が増大すると、この利得の増大に連動して、輝度レベルの低い側の階調のみを抑圧するように、ガンマ補正の特性を切り換える。すなわち所定の輝度レベル以下については、階調を抑圧し、その分、この所定の輝度レベル以上の所定範囲については、階調を増大させるようにし、その分、中輝度から高輝度の部分については、通常のガンマ補正の特性によりガンマを補正する。これにより自動露光制御部５は、ＡＧＣ回路４のゲインアップにより撮像結果全体の明るさを向上し、このようにゲインアップにより撮像結果全体の明るさを増大させて目立つようになる暗い部分、輝度の低い部分については、階調を抑圧してノイズを目立たなくするようになされている。
【００２４】
（２）実施の形態の効果
以上の構成において、この電子スチルカメラ１では、ＣＣＤ２より得られる撮像結果がＡＧＣ回路４により所定の利得で増幅された後、ＡＤＣ６によりアナログディジタル変換処理されて画像データに変換され、この画像データがＤＳＰ７によりニー処理、ガンマ補正処理等される。電子スチルカメラ１では、このように処理されてなる画像データＤＶが表示装置に表示され、またデータ圧縮されて所定の記録媒体に記録される。
【００２５】
電子スチルカメラ１では、これらの処理において、ＤＳＰ７により撮像結果の輝度レベルが検波され、自動露光制御部５におけるこの検波結果の重み付け加算処理により、フレーム単位で、撮像結果の明るさが検出される。電子スチルカメラ１では、この撮像結果の明るさにより、撮像結果が明る過ぎる場合には、自動露光制御部５によるタイミングジェネレータ３の制御により、ＣＣＤ２における電荷蓄積時間が短い時間に切り換えられる。またこれとは逆に、撮像結果が暗過ぎる場合には、同様の自動露光制御部５によるタイミングジェネレータ３の制御により、ＣＣＤ２における電荷蓄積時間が長い時間に切り換えられる。これにより電子スチルカメラ１では、電子シャッターの調整手法を適用して、撮像結果が自動露光調整される。
【００２６】
電子スチルカメラ１では、このように電子シャッターにより自動露光調整しても、撮像結果が暗過ぎる場合もあり、この場合、自動露光制御部５の制御により、ＡＧＣ回路４における利得が増大される。これにより電子スチルカメラ１では、撮像結果の信号レベルが増大するように、ゲインアップして撮像結果が処理される。
【００２７】
電子スチルカメラ１では、このようにしてゲインアップして増幅してなる撮像結果において、低輝度の部分、暗い部分で、ノイズが目立つようになる。パーソナルコンピュータ等において、画像データを処理する際には、このような場合、輝度レベルの低い部分についてコントラストを抑圧する処理をソフトウエアで実行することにより、暗い部分を潰して、ノイズを目立たなくすることができる。
【００２８】
この電子スチルカメラ１では、ＡＧＣ回路４の利得が増大すると、自動露光制御部５によるＤＳＰ７の制御により、ＡＧＣ回路４における利得の増大に連動して、輝度レベルの低い側の階調を抑圧するように、ガンマ補正の特性が切り換えられる。これによりこのようにしてノイズが目立つようになった撮像結果については、このようなパーソナルコンピュータにおけるノイズを潰す処理と同様に、輝度レベルの低い部分についてコントラストを抑圧してノイズが目立たないように、全体の階調が補正される。
【００２９】
電子スチルカメラ１では、このようなノイズを潰す処理において、ＡＧＣ回路４における利得の増大に連動して、輝度レベルの低い側の階調を抑圧するように特性が切り換えられることにより、過度に階調を補正することなく、必要十分な範囲でノイズを目立たなくすることができる。また暗部を黒に沈めることで、落ち着いた雰囲気を醸しだすことができる。
【００３０】
また輝度レベルの低い側の階調のみを抑圧するように、すなわち所定の輝度レベル以下については、階調を抑圧し、その分、この所定の輝度レベル以上の所定範囲については、階調を増大させるようにし、中輝度から高輝度の部分については、通常のガンマ補正の特性によりガンマを補正することにより、例えば光源等による輝点の周辺で発生するノイズによる色付きについても、白レベルに貼り付かせて目立たなくすることができる。
【００３１】
電子スチルカメラ１では、画面中の輝度レベルの分布により、画面中に輝度レベルの偏り、集中が検出されない場合に限り、このようなＡＧＣ回路４における利得の切り換えに連動してガンマ補正の特性を切り換え、画面中に輝度レベルの偏り、集中が検出された場合には、通常のガンマ補正カーブの特性により撮像結果のガンマが補正される。これにより撮像結果においては、このような低輝度の部分の規模分布を圧縮することによる種々の不具合を回避することができる。
【００３２】
すなわち特定の階調に輝度レベルが集中して分布している場合に、このように低輝度の部分の階調を圧縮すると、元々極端にコントラストがついた画像に対して更に補正する場合が発生し、これにより処理結果が不自然になる場合がある。これに対して１つの画面中に、各階調の画素が広く分布している場合には、低輝度の部分の階調を圧縮するようにしても、何ら処理結果に不自然さを感じさせないようにすることができる。
【００３３】
（３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、撮像結果のゲインアップに連動して、低輝度の部分の階調を抑圧するようにガンマ特性の補正を切り換えることにより、ＡＧＣによる露光制御においても、著しい画質の劣化を防止することができる。
【００３４】
またこのとき低輝度の部分についてのみ階調を抑圧し、輝度の高い側については通常のガンマ特性により補正したことにより、光源、輝点の周辺で発生するノイズによる色付を抑制することができる。
【００３５】
さらに輝度レベルの分布により、このような低輝度の部分の階調を抑圧するようにガンマ特性の補正を切り換えることにより、撮像結果の不自然さを有効に回避することができる。
【００３６】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、輝度レベルの平均値検波結果を重み付け加算して撮像結果の明るさを判断し、この加算結果により自動露光調整する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、平均値検波結果を又は輝度レベルの直接の累積により撮像結果の明るさを判断して自動露光調整する場合、輝度レベルの直接の重み付け加算により自動露光調整する場合等、撮像結果の輝度レベルを基準にした種々の自動露光調整に広く適用することができる。
【００３７】
また上述の実施の形態においては、輝度レベルの分布によりガンマ補正の特性の切り換えを中止する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上十分な特性による撮像結果を確保することができる場合には、この切り換えを中止する処理を省略するようにしてもよい。
【００３８】
また上述の実施の形態においては、電子シャッターとＡＧＣとによる自動露光制御に本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、電子シャッターに加えて、又は電子シャッターに代えて、絞り及び又は機械式シャッターとＡＧＣとによる自動露光制御に広く適用することができる。
【００３９】
また上述の実施の形態においては、単板式により撮像装置に本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、３板式による撮像装置にも広く適用することができる。
【００４０】
また上述の実施の形態においては、本発明を電子スチルカメラに適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、カメラ一体型ビデオテープレコーダ等の記録機能を有してなる撮像装置、携帯電話等の通信機能を有してなる撮像装置等に広く適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、撮像結果のゲインアップに連動して、低輝度の部分の階調を抑圧するようにガンマ特性の補正を切り換えることにより、ＡＧＣによる露光制御において、著しい画質の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子スチルカメラを示すブロック図である。
【図２】輝度レベルの分布の検出の説明に供する特性曲線図である。
【図３】図２の分布の説明に供する撮像結果の平面図である。
【図４】ガンマ補正の特性を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１……電子スチルカメラ、２……ＣＣＤ、３……タイミングジェネレータ、４……ＡＧＣ、５……自動露光制御部、７……ＤＳＰ、７Ａ……ガンマ補正部

Claims (2)

1. 撮像結果を出力する撮像手段と、
   前記撮像結果を所定の利得により増幅して出力する増幅回路と、
   前記増幅回路より出力される前記撮像結果をガンマ補正して出力する信号処理回路と、
   前記撮像結果の輝度レベルを基準にして、少なくとも前記増幅回路、前記信号処理回路の動作を制御する制御回路と
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記増幅回路における前記利得の増大に連動させて、低輝度の部分の階調を抑圧するように、前記信号処理回路におけるガンマ補正の特性を切り換え、
   前記撮像結果における輝度レベルの分布において、輝度レベルの偏り又は集中が検出された場合、前記利得の増大に連動させた前記ガンマ補正の特性の切り換えを停止する
   撮像装置。
2. 前記制御回路は、前記撮像手段の電荷蓄積時間の制御により露光制御の処理を実行し、前記電荷蓄積時間の制御により、前記撮像結果を所定の明るさに設定できない場合、前記増幅回路の利得を増大させる
   請求項１に記載の撮像装置。

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