JP5459178B2 - 撮像装置、ホワイトバランス調整方法及びホワイトバランス調整プログラム - Google Patents
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Description
このようなホワイトバランスの調整手法としては、例えば、ストロボの発光時の画像とストロボの非発光時の画像をそれぞれ複数の領域に分割し、それぞれに対応する領域の輝度差に基づいて、分割された領域毎にホワイトバランスをそれぞれ設定する、といった手法が知られている(特許文献1参照)。
しかしながら、現実問題として、ストロボが全く照射されていないと判断された領域でも実際には多少のストロボの影響を受けていることが多い。従って、ストロボが照射されていないと判断された領域についても、ストロボの照射を考慮したホワイトバランスの設定がなされないと、結果として、画像全体の色味が不自然になる。
また、上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、前記補正手段は、前記第1の画像のうち、前記相対値が所定値以上又は所定値以下の領域の各色成分のゲイン値を補正することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、前記選択手段は、前記算出手段により夫々算出された相対値が所定値以上又は所定値以下である前記第1の画像の領域を特定する特定手段を有し、前記特定手段により特定された所定値以上又は所定値以下の所定数の相対値を選択することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、前記算出手段は、前記第1の画像の領域の輝度値を当該第1の画像の領域に対応する前記第2の画像の領域の輝度値で除した値を前記相対値として算出し、前記特定手段は、前記算出手段により夫々算出された相対値の中から、値の高い順又は値の低い順に所定数の相対値を特定することを特徴とする。
図1は、本発明に係る撮像装置1の一実施形態におけるハードウェアの構成を示すブロック図である。
図1に示す撮像装置1は、例えばデジタルカメラにより構成することができる。
例えば、画像処理部14は、後述する撮像部20から出力される撮像画像のデータに対して、ノイズ低減、ホワイトバランスの調整、手ぶれ補正等の画像処理を施す。
フォーカスレンズは、イメージセンサの受光面に被写体像を結像させるレンズである。ズームレンズは、焦点距離を一定の範囲で自在に変化させるレンズである。
光学レンズ部にはまた、必要に応じて、焦点、露出、ホワイトバランス等の設定パラメータを調整する周辺回路が設けられる。
光電変換素子は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の光電変換素子等から構成される。光電変換素子には、光学レンズ部から被写体像が入射される。そこで、光電変換素子は、被写体像を光電変換(撮像)して画像信号を一定時間蓄積し、蓄積した画像信号をアナログ信号としてAFEに順次供給する。
AFEは、このアナログの画像信号に対して、A/D(Analog/Digital)変換処理等の各種信号処理を実行する。各種信号処理によって、ディジタル信号が生成され、撮像部20の出力信号として出力される。
なお、以下、撮像部20の出力信号を、「撮像画像のデータ」と呼ぶ。従って、撮像部20からは撮像画像のデータが出力されて、CPU11、画像処理部14、画像分割部15、ホワイトバランスゲイン算出部16等に適宜供給される。
次に、このようなハードウェアの構成を有する撮像装置1が実行するストロボ撮像処理の流れについて説明する。ストロボ撮像処理とは、ストロボを発光させて被写体を撮像し、その結果得られる撮像画像のデータに対して、ホワイトバランスの調整を行った後に、リムーバブルメディア31等に記録するまでの一連の処理をいう。
図2は、図1のハードウェアの構成を有する撮像装置1が実行するストロボ撮像処理の流れを説明するフローチャートである。
この場合、ストロボモードの選択が指示されると、ストロボ撮像処理は開始する。
即ち、CPU11は、撮像部20や画像処理部14を制御して、撮像部20による撮像動作を継続させる。そして、CPU11は、撮像部20による撮像動作が継続されている間、当該撮像部20から順次出力される撮像画像のデータを、メモリ(本実施形態では記憶部24)に一時的に記憶させる。このような一連の処理が、ここでいう「スルー撮像処理」である。
また、CPU11は、スルー撮像処理時にメモリ(本実施形態では記憶部24)に一時的に記録された各データを順次読み出して、各々に対応する撮像画像を表示部23に順次表示させる。このような一連の処理が、ここでいう「スルー表示処理」である。なお、スルー表示処理により表示部23に表示されている撮像画像を、以下、「スルー画像」と呼ぶ。
本実施形態においては、上述したように、ユーザは、操作部22のうちレリーズ釦を押下操作することによって、撮像画像の記録指示をすることができる。
従って、レリーズ釦が押下操作されていない場合には、ステップS2においてNOであると判定されて、処理はステップS1に戻される。即ち、レリーズ釦が押下操作されるまでの間、ステップS1及びS2のループ処理が繰り返し実行されることによって、スルー撮像処理及びスルー表示処理が繰り返し実行され、被写体のスルー画像がリアルタイムに表示部23に表示され続ける。
なお、図示はしないが、所定時間経過しても未だレリーズ釦が押下操作されない場合には、CPU11等は、ストロボ撮像処理を強制終了するようにしてもよい。
本実施形態では、このときに撮像部20から出力された撮像画像のデータが、記録対象のデータとして記憶部24に一時的に記憶される。
このようなステップS4の処理を、図2の記載にあわせて、以下、「ホワイトバランス処理」と呼ぶ。また、ステップS1のスルー撮像処理でストロボ非発光時に被写体が撮像されたスルー画像のデータを、以下、「非発光時スルー画像のデータ」と呼ぶ。一方、ステップS3の処理でストロボ発光時に被写体が撮像された撮像画像のデータを、以下、「発光時撮像画像のデータ」と呼ぶ。
ここで、記録対象の撮像画像のデータは、本実施形態では、発光時撮像画像のデータが採用されるものとする。ただし、発光時撮像画像のデータとは別に、ホワイトバランスの設定後、もう1度ストロボを発光させて撮像部20が被写体を撮像した結果得られる撮像画像のデータを記録対象として採用してもよい。この場合、当該記録対象の撮像画像のデータは、設定されたホワイトバランスで調整される。
なお、ホワイトバランス処理のさらなる詳細については、後述する。
これにより、ストロボ撮像処理は終了となる。
次に、ストロボ撮像処理のうち、ステップS4で実行されるホワイトバランス処理について説明する。
ここでは、まず、ホワイトバランス処理を実行するための機能的構成について説明し、次に、その機能的構成に基づいて実行されるホワイトバランス処理の流れについて説明する。
なお、本明細書では、このように画像分割部15により分割された領域を、以下、「分割領域」と呼ぶ。
図3は、非発光時スルー画像又は発光時撮像画像から8×8の64の分割領域が得られた状態を示す模式図である。
同図に示すように、本実施形態では、各分割領域に対して、一意に特定する固有の番号、具体的には左上端の分割領域から、水平方向は右方向に、垂直方向は下方向に向けた順序で、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、・・・、63、64という番号が付されている。なお、以下、分割領域に付される番号を、「分割番号」と呼ぶ。
分割番号の付し方は、非発光時スルー画像及び発光時撮像画像で統一されているため、非発光時スルー画像と発光時撮像画像とのそれぞれの同一番号の分割領域は、画像全体における、位置、大きさ、及び範囲は同一となっている。
なお、各分割領域のデータは、例えば、付された番号と対応付けられてテーブル方式で記憶部に記憶されて、管理される。
詳細には、本実施形態では、非発光時スルー画像と発光時撮像画像の各データは、RGB(R:Red,G:Green,B:Blue)成分により構成されているものとする。
この場合、ホワイトバランスゲイン算出部16は、非発光時スルー画像の分割領域毎のホワイトバランスゲインとして、R成分のゲイン(以下、「SRG」と呼ぶ)と、G成分のゲイン(以下、「SGG」と呼ぶ)と、B成分のゲイン(以下、「SBG」と呼ぶ)と、をそれぞれ算出する。なお、SRG,SGG,SBGを併せて、以下、「非発光時スルー画像のRGB成分のゲイン値」と呼ぶ。即ち、非発光時スルー画像について、分割領域毎のRGB成分のゲイン値がそれぞれ算出される。
また、ホワイトバランスゲイン算出部16は、発光時撮像画像の分割領域毎のホワイトバランスゲインとして、R成分のゲイン(以下、「LRG」と呼ぶ)と、G成分のゲイン(以下、「LGG」と呼ぶ)と、B成分のゲイン(以下、LBGと呼ぶ)と、をそれぞれ算出する。SRG,SGG,SBGを併せて、以下、「発光時撮像画像のRGB成分のゲイン値」と呼ぶ。即ち、発光時撮像画像について、分割領域毎のRGB成分のゲイン値がそれぞれ算出される。
ここで、本実施形態では、複数の分割領域は、ストロボの光がしっかりと照射されていると推定される分割領域(以下、「照射領域」と呼ぶ)、又は、それ以外の分割領域(以下、「非照射領域」と呼ぶ)に分類される。なお、照射領域と非照射領域との分類手法については、後述する。
このため、本実施形態では、発光時撮像画像のRGB成分のゲイン値の補正手法が、照射領域と非照射領域とでは異なる。
非照射領域であっても、ストロボ光が全く照射されていないことは稀であり、ストロボ光の照射具合を考慮したホワイトバランスの調整が必要になる。このような調整を可能にすべく、発光時撮像画像のうち、非照射領域のRGB成分のゲイン値は、次のようにして補正される。
なお、以下、非発光時スルー画像及び発光時撮像画像のRGB成分の各ゲイン値から変換されたYUV成分の各ゲイン値を、「YUV変換値」と呼ぶ。
この場合、非発光時スルー画像のYUV変換値は、次の式(1)から演算される。
この場合、発光時スルー画像の非照射領域のYUV変換値は、次の式(2)から演算される。
ここで、発光時撮像画像の非照射領域のYUV変換値のうち、補正後のY成分のゲインを、以下、「LY’」と呼ぶ。換言すると、LYに対して、非発光時スルー画像と発光時撮像画像との各非照射領域の輝度比率を総合的に考慮した重み付けがなされた値が、LY’である。
LY’は、例えば次の式(3)により求められる。
また、式(4)の左辺において、左から掛けられている行列は、式(1)や式(2)で用いられている変換行列の逆行列である。
なお、発光時撮像画像のうち、照射領域のRGB成分のゲイン値の補正手法については、特に限定されず、例えば本実施形態では、後述する輝度比率に基づく補正手法が採用されているものとする。
即ち、輝度取得部17は、非発光時スルー画像及び発光時撮像画像のデータから、輝度値を分割領域単位で取得する。
ここで、分割領域は複数の画素から構成されるため、分割領域の輝度とは、当該分割領域を構成する各画素の輝度に基づいて演算された値、例えば、各画素の輝度の平均値を意味するものとする。
輝度比較部41は、発光時スルー画像及び非発光時撮像画像の各分割領域の輝度比率を算出する。
領域番号i(iは、分割総数以下の正の整数値であり、本実施形態では64以下の正の整数値)の輝度比率Piは、次の式(5)により求められる。
本実施形態では、このような式(5)による輝度比較部41の演算結果は、例えば図4に示すテーブル形式で記憶部24に記憶されて、管理される。
本実施形態において、図4のテーブルは行列構造を有しているため、以下、図4中横方向の項目の集合体を「行」と称し、同図中縦方向の項目の集合体を「列」と称する。所定の行には、所定の領域番号が対応付けられている。即ち、所定の行には、当該行に対応する領域番号についての、「領域番号」、「非発光時の輝度」、「発光時の輝度」、及び「輝度比率」という項目がそれぞれ配置されている。
上から第i行目(ただし、図4の項目名が記載された一番上の行は除外する。以下同じ)。の「領域番号」には、領域番号iが格納される。
上から第i行目の「非発光時の輝度」には、非発光時スルー画像のi番目の分割領域の輝度Yiが格納される。
上から第i行目の「発光時の輝度」には、発光時撮像画像のi番目の分割領域の輝度Yi’が格納される。
上から第i行目の「輝度比率」には、i番目の輝度比率Pi、即ち式(5)の演算結果が格納される。
そして、輝度比較部41は、輝度の低い順番にソートされた各分割領域の輝度比率のうち、下位2乃至4番目の輝度比率の平均値を、上述した平均輝度比率Cとして求める。
具体的には、輝度比較部41は、次の式(6)を演算することにより、平均輝度比率Cを求める。
例えば、全分割領域の輝度比率(C1=Y1’/Y1,C2=Y2’/Y2,C3=Y3’/Y3,・・・,C8=Y8’/Y8,・・・,C22=Y22’/Y22,・・・,C64=Y64’/Y64)のうち、下位4番目までの輝度比率が次の通りであったとする。即ち、64番目(下から1番目):Ct1=C1=Y1’/Y1、63番目(下から2番目):Ct2=C2=Y2’/Y2、62番目(下から3番目):Ct3=C8=Y8’/Y8、61番目(下から4番目):Ct4=C22=Y22’/Y22であったものとする、この場合、平均輝度比率Cは、次の式(7)により算出される。
ホワイトバランス処理においては、CPU11の制御の下、ホワイトバランスゲイン算出部16乃至輝度取得部17の何れかが各ステップの処理を実行する。ただし、以下の説明においては、CPU11の制御についての説明は省略する。
図5は、図1の撮像装置1が実行する図2のストロボ撮像処理のうち、ステップS4のホワイトバランス処理の流れの詳細を説明するフローチャートである。
詳細には、輝度比較部41は、上述した式(5)を演算することにより、i番の分割領域についての輝度比率Piを算出する。このような式(5)の演算が、1乃至64番の各々に対して実行され、輝度比率P1乃至P64が算出される。
本実施形態では、このような式(5)による輝度比較部41の演算結果は、例えば図4に示すテーブル形式で記憶部に分割領域毎に記憶されて、管理される。
ステップS26において、ホワイトバランスゲイン算出部16は、輝度比率Piに基づいて、領域番号iの分割領域(照射領域)のRGB成分のゲイン値を補正する。
これにより、処理はステップS31に進む。ただし、ステップS31以降の処理については後述する。
そして、次のようなステップS27乃至S30の処理が実行されて、領域番号iの分割領域のRGB成分のゲイン値が補正される。
具体的には、上述した式(6)に従って、平均輝度比率Cが演算される。
なお、ステップS27の処理は、ステップS25の処理で初回にNOと判定された後に1回だけ実行すれば足り、それ以降、省略しても構わない。
詳細には、ホワイトバランスゲイン算出部16は、上述した式(1)に従って、領域番号iの分割領域(非照射領域)のYUV変換値が求められる。
詳細には、ホワイトバランスゲイン算出部16は、ステップS24の処理で算出した平均輝度比率Cを係数として用いる上述した式(3)に従って、発光時撮像画像の領域番号iの分割領域(非照射領域)のYUV変換値のうち、Y成分のゲインLYを、ゲインLY’に補正する。
このように、非発光時スルー画像と発光時撮像画像との各分割領域のうち、非照射領域の輝度比率を総合的に考慮して、発光時撮像画像の領域番号iの分割領域(非照射領域)のYUV変換値のうち、Y成分のゲインLYが補正されて、補正後のY成分のゲインLY’となる。
詳細には、ホワイトバランスゲイン算出部16は、上述した式(4)に従って、発光時撮像画像の領域番号iの分割領域(非照射領域)領域におけるRGB成分の逆変換後のゲイン値を求める。
即ち、ホワイトバランスゲイン算出部16は、ステップS29の処理で重み付けが付加された、発光時撮像画像の番号iの分割領域(非照射領域)のYUV変換値(LY’,LU,LV)を、R成分のゲイン(LRα)と、G成分のゲイン(LGα)と、B成分のゲイン(LBα)と、にそれぞれ逆変換する。
これにより、処理はステップS31に進む。
領域番号iが64を超えていない場合、即ち、発光時撮像画像のRGB成分のゲイン値が補正されていない分割領域が存在する場合、ステップS32においてNOであると判定されて、処理はステップS25に戻され、それ以降の処理が繰り返される。
即ち、領域番号1乃至64の分割領域のそれぞれに対して、ステップS25乃至S32のループ処理がその都度実施される。この場合、照射領域に分類される分割領域(ステップS25の処理でYESであると判定される分割領域)については、ステップS26の処理により、発光時撮像画像のRGB成分のゲイン値が補正される。これに対して、非照射領域に分類される分割領域(ステップS25の処理でNOであると判定される分割領域)については、ステップS27乃至S30の処理により、発光時撮像画像のRGB成分のゲイン値が補正される。
そして、最後の分割領域、即ち領域番号64の分割領域についてのステップS31の処理が実行されると、領域番号iは、65となり、64を超える。従って、次のステップS32においてYESであると判定されて、処理はステップS33に進む。
これにより、ホワイトバランス処理は終了する。即ち、図2のステップS4の処理は終了して、処理はステップS5に進む。
ホワイトバランスゲイン算出部16は、撮像の際に設定された発光時撮像画像及び非発光時スルー画像のホワイトバランスを調整するための各色成分のゲイン値を夫々算出する。
画像分割部15は、撮像部20により撮像された撮像領域を複数の領域に分割する。
輝度取得部17は、画像分割部15により夫々分割された領域の発光時撮像画像と非発光時スルー画像とについて、画像分割部15により分割された複数の領域の輝度値を夫々算出する。
輝度比較部41は、輝度取得部17により算出された発光時撮像画像の領域の輝度値を非発光時スルー画像の領域の輝度値で除した値を相対値として夫々算出する。
ホワイトバランスゲイン算出部16は、輝度比較部41により夫々算出された相対値が所定値以下の領域を特定する。
輝度比較部41は、夫々算出された相対値の中から、値の低い相対値を優先して複数選択する。
ホワイトバランスゲイン算出部16は、算出された発光時撮像画像及び非発光時スルー画像の各色成分の値と輝度比較部41により選択された複数の相対値とに基づいて、発光時撮像画像の各色成分のゲイン値を補正する。
また、ホワイトバランスゲイン算出部16は、さらに、変換された画素のパラメータの組(YUV変換値)に基づいて、RGB成分のゲイン値を補正する。
Claims (7)
- 撮像手段と、
発光手段と、
前記発光手段による発光により明るくされた時の画像である第1の画像と当該第1の画像よりも明るさの低い第2の画像とを前記撮像手段に撮像するように制御する撮像制御手段と、
前記第1の画像及び前記第2の画像の撮像の際に設定されたホワイトバランスを調整するための各色成分のゲイン値を夫々取得する第1の取得手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を複数の領域に分割する分割手段と、
前記第1の画像と前記第2の画像とについて、前記複数の領域の輝度値を夫々取得する第2の取得手段と、
前記複数の領域の各々について、前記第2の取得手段により算出された前記第1の画像の領域の輝度値と当該第1の画像の領域に対応する前記第2の画像の領域の輝度値との相対値を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された複数の相対値の中から、所定数の相対値を選択する選択手段と、
前記第1の取得手段により取得された前記第1の画像及び前記第2の画像の各色成分のゲイン値と前記選択手段により選択された所定数の相対値とに基づいて、前記第1の画像の少なくとも一部の領域の各色成分のゲイン値を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 前記補正手段は、前記第1の画像のうち、前記相対値が所定値以上又は所定値以下の領域の各色成分のゲイン値を補正することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記選択手段は、
前記算出手段により夫々算出された相対値が所定値以上又は所定値以下である前記第1の画像の領域を特定する特定手段を有し、
前記特定手段により特定された所定値以上又は所定値以下の所定数の相対値を選択することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記算出手段は、前記第1の画像の領域の輝度値を当該第1の画像の領域に対応する前記第2の画像の領域の輝度値で除した値を前記相対値として算出し、
前記特定手段は、前記算出手段により夫々算出された相対値の中から、値の高い順又は値の低い順に所定数の相対値を特定することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - 前記第1の取得手段により取得された画像の各色成分を他の色空間における少なくとも輝度情報を含む画素のパラメータの組に変換する変換手段をさらに備え、
前記補正手段は、さらに、前記変換手段により変換された画素のパラメータの組に基づいて、前記各色成分のゲイン値を補正することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の撮像装置。 - 発光により明るくされた時の画像である第1の画像と当該第1の画像よりも明るさの低い第2の画像とを撮像手段に撮像させるよう制御する撮像制御ステップと、
前記第1の画像及び前記第2の画像の撮像の際に設定されたホワイトバランスを調整するための各色成分のゲイン値を夫々取得する第1の取得ステップと、
前記第1の取得ステップの処理により取得された画像を複数の領域に分割する分割ステップと、
前記第1の画像と前記第2の画像とについて、前記複数の領域の輝度値を夫々取得する第2の取得ステップと、
前記複数の領域の各々について、前記第2の取得ステップにて取得された前記第1の画像の領域の輝度値と当該第1の画像の領域に対応する前記第2の画像の領域の輝度値との相対値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにて算出された複数の相対値の中から、所定数の相対値を選択する選択ステップと、
前記第1の取得ステップにより取得された前記第1の画像及び前記第2の画像の各色成分のゲイン値と前記選択ステップにて選択された所定数の相対値とに基づいて、前記第1の画像の少なくとも一部の領域の各色成分のゲイン値を補正する補正ステップと
を含むことを特徴とするホワイトバランス調整方法。 - コンピュータを、
発光により明るくされた時の画像である第1の画像と当該第1の画像よりも明るさの低い第2の画像とを撮像手段に撮像させる撮像制御手段、
前記第1の画像及び前記第2の画像のホワイトバランスを調整するための各色成分のゲイン値を夫々取得する第1の取得手段、
前記撮像手段により撮像された画像を複数の領域に分割する分割手段、
前記第1の画像と前記第2の画像とについて、前記複数の領域の輝度値を夫々取得する第2の取得手段、
前記複数の領域の各々について、前記第2の取得手段により取得された前記第1の画像の領域の輝度値と当該第1の画像の領域に対応する前記第2の画像の領域の輝度値との相対値を夫々算出する算出手段、
前記算出手段により算出された複数の相対値の中から、所定数の相対値を選択する選択手段、
前記第1の取得手段により取得された前記第1の画像及び前記第2の画像の各色成分のゲイン値と前記選択手段により選択された所定数の相対値とに基づいて、前記第1の画像の少なくとも一部の領域の各色成分のゲイン値を補正する補正手段
として機能させることを特徴とするホワイトバランス調整プログラム。
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