JPH10257393A

JPH10257393A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH10257393A
Application number: JP9060563A
Authority: JP
Inventors: Keizo Ochi; 圭三越智; Yasuhiro Kingetsu; 靖弘金月
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像デバイスの有効感度範囲を拡大する。【解決手段】撮像デバイスによって被写体像を電気信号
に変換する撮像装置において、撮像デバイスによって得
られた被写体の輝度情報を当該撮像デバイスの光電変換
特性の歪みに応じて補正する信号処理手段８５１を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学像を電気信号
に変換する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルカメラ・ビデオカメラなどの
携帯型撮像装置において、ＣＣＤセンサ・ＭＯＳ型セン
サといった固体撮像デバイスが用いられている。例えば
ラインセンサカメラと呼称されるディジタルカメラは、
ＣＣＤアレイからなる１次元イメージセンサ（ラインセ
ンサ）とミラー回転機構などの副走査機構とを組み合わ
せて２次元の撮影を行うように構成されている。

【０００３】一般に撮像装置では、撮像デバイスによっ
て得られた撮影情報に対して、光電変換信号をディジタ
ルデータに変換したあとの段階で、ＭＴＦ補正などの画
質改善処理、ディスプレイやプリンタなどの出力機器の
特性に適合させる変換処理といった種々の信号処理が行
われている。

【０００４】撮像の光電変換特性には、出力が入射光量
に比例するリニア特性と、出力が入射光量の対数に比例
する対数特性とがあり、信号処理系の構成などに応じて
これらの一方の特性の撮像デバイスが適宜採用されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の対数特性の撮像
デバイスを用いた場合、入射光量が比較的に多いときに
は実質的に出力が入射光量の対数に比例する。すなわ
ち、入出力特性（光電変換特性）を入力が対数スケール
のグラフで表すと、そのグラフは直線になる。しかし、
入射光量が少ないときには暗電流が無視できなくなり、
入出力特性グラフの直線性（線形性）が崩れる。一方、
リニア特性の撮像デバイスを用いた場合には、対数特性
の場合とは逆に、入射光量が比較的に多いときに飽和に
よって入出力特性グラフの直線性が崩れる。

【０００６】光電変換特性は被写体の明暗（階調）の再
現性に影響する。上述の信号処理を適正に行う上でも、
その信号レンジに対応した出力値範囲の光電変換特性に
歪みの無いこと、すなわち線形性を有していることが望
ましい。例えば、対数特性の撮像デバイスを用いたライ
ンセンサカメラにおいて、商用電源で点灯する照明の輝
度変動に対する補正を行う場合、本発明の実施例に係る
図４が示すように特性が低輝度側で緩やかな右上がりの
曲線となるので、輝度の変動成分の振幅は低輝度と高輝
度とに係わらずほぼ一定であったとしても、光電変換を
した変動成分の振幅は特性が曲線となる低輝度レベルの
ときに直線となる高輝度レベルのときより小さくなって
しまう。したがって、変動成分の中心輝度が高輝度の範
囲内であれば、中心輝度に係わらず変動成分の光電変換
値が一定であるので輝度を補正（変動成分の除去）する
ことができるが、中心輝度が低輝度のときには変動成分
の光電変換値が中心輝度に依存するので補正ができな
い。一方、リニア特性の撮像デバイスを用いた場合に
は、飽和によって特性が曲線となる高輝度レベルで補正
ができなかった。ので困難である。また、カラー撮像デ
バイスを用いたカメラにおいて、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーバ
ランスを調整する場合、波長毎に感度の違いによる出力
レベル差は各色の出力値に一定値を加え又は差し引く単
純なシフト処理で補正できるものの、線形性の崩れはじ
める照度（輝度レベル）が波長毎に異なるので、カラー
バランスを正確に行うことのできる照度範囲は全ての波
長において共に線形性の得られる範囲であった。

【０００７】したがって、従来では、撮像デバイスの有
効感度範囲が光電変換特性グラフの線形領域に設定さ
れ、ダイナミックレンジが制限されていた。光電変換特
性にはデバイス間でバラツキがあるので、線形領域が許
容下限より広いデバイスを選別して用いる必要があっ
た。

【０００８】本発明は、撮像デバイスの有効感度範囲を
拡大することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】撮像デバイスによって電
気信号に変換された被写体情報に対して、Ａ／Ｄ変換を
した後に又はアナログ信号の段階で光電変換特性の歪み
に応じた補正を行う。補正の方法としては、予め入力値
と出力値とを１対１で対応づけたメモリを用いるルック
アップテーブル形式で補正を行うもの、予め光電変換特
性を例えば折れ線近似して設定しておいた変換式を用い
て演算で補正を行うものがある。どちらの方法において
も、光電変換特性グラフの非線形領域についてのみ補正
を行い、線形領域については実質的に補正を行わないよ
うにして、補正対象を削減することができる。補正の内
容は使用する撮像デバイスの個体特性に応じて定めても
よいし、使用する撮像デバイスと同型番のデバイスに対
して一律に定めてもよい。

【００１０】請求項１の発明の装置は、撮像デバイスに
よって被写体像を電気信号に変換する撮像装置であっ
て、前記撮像デバイスによって得られた被写体の輝度情
報を、当該撮像デバイスの光電変換特性の歪みに応じて
補正する信号処理手段を有している。

【００１１】請求項２の発明の装置において、前記信号
処理手段は、前記撮像デバイスの出力値が出力レンジの
うちの前記光電変換特性の歪み領域に対応した部分の値
であるときに前記輝度情報を変更し、他の値であるとき
には前記輝度情報を変更せずに出力する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用したラインセ
ンサカメラ１の構成を示す図である。ラインセンサカメ
ラ１はハンディタイプのカメラであり、高解像度ディジ
タル画像入力手段として利用される。ハウジング１０の
前面に被写体光を内部に導くための窓１０ａが設けられ
ており、その後方に副走査のためのミラー１４が配置さ
れている。被写体光はミラー１４で反射し、結像のため
のレンズユニット１７を通ってラインセンサ１１に入射
する。このようにミラー１４を結像レンズ系の前側（被
写体側）に配置することにより、ハウジング１０の前後
方向の寸法を小さくすることができる。

【００１３】ラインセンサ１１はＣＣＤアレイからなる
対数特性のカラー撮像デバイスであって、被写体像が結
像する位置に固定されている。ラインセンサ１１の各画
素は図中縦方向に配列されている。ラインセンサ１１と
してＣＣＤセンサに代えて他の撮像デバイス（例えば、
ＭＯＳ型撮像デバイス）を用いることもできる。

【００１４】ミラー１４はスキャンモータ１５の回転軸
に取り付けられており、この回転軸はラインセンサ１１
の画素配列方向（主走査方向）と平行である。ミラー１
４の回転に伴って、被写体像は主走査方向と直交する副
走査方向に走査され、ラインセンサ１１の受光面に１ラ
イン分ずつ順々に投影される。つまり、ミラー１４とス
キャンモータ１５とによって副走査機構１３が構成され
ている。ラインセンサ１１は、投影された被写体像を例
えばＲ，Ｇ，Ｂの３色に分解して電気信号に変換する。
副走査方向の撮影範囲（画角）は、ミラー１４の回転角
度（回転移動量）に依存する。スキャンモータ１５に
は、回転角度及び回転速度を検知するための回転センサ
５５が取り付けられている。

【００１５】レンズユニット１７は内焦型であり、入射
光の一部がＡＦ（オートフォーカシング）に利用され
る。レンズユニット１７には電動ズーミングのためのア
クチュエータ１８が取付けられている。アクチュエータ
１８は可動レンズの位置を示すエンコーダを内蔵してい
る。ラインセンサカメラ１のファインダ１９は光学式で
ある。

【００１６】ハウジング１０の前面には測光センサ５１
が組み込まれ、上面にはレリーズスイッチ６３が配置さ
れている。測光センサ５１としては、ラインセンサ１１
と同じ光電変換特性のＣＣＤアレイが用いられている。
ただし、１ラインの画素数は互いに異なる。

【００１７】図２はラインセンサカメラ１の電気回路構
成を示すブロック図である。ラインセンサカメラ１は、
適時に撮影環境を測定する測定系４０、被写体像を画像
信号に変換する撮像系６０、及び画像信号を量子化する
信号処理系８０を有している。測定系４０は、測光セン
サ５１、測距センサ５４、及びラインセンサカメラ１の
全体制御を担うＣＰＵ７１から構成されている。撮像系
６０は、ラインセンサ１１、スキャンモータ１５、回転
センサ５５、モータ駆動回路１５０、レンズ駆動回路１
８０、及び撮像制御回路１２０からなる。信号処理系８
０は、入力信号をサンプリングホールドして増幅するア
ナログ処理回路８１、Ａ／Ｄ変換器８３、及び本発明に
特有のディジタル処理回路８５からなる。信号処理系８
０から出力される撮影データＤ２０が被写体の撮影情報
としてインタフェース７５を介して外部装置へ送り出さ
れる。外部装置としては、コンピュータシステムに代表
される画像編集装置、ＩＣカードを含む記憶媒体、プリ
ンタ・ディスプレイなどの画像出力装置がある。

【００１８】ＣＰＵ７１には、メインスイッチ６１及び
レリーズスイッチ６３の状態信号とともに、回転センサ
５５を含む各種センサの出力信号が入力される。ＣＰＵ
７１は、回転センサ５５の出力信号によってスキャンモ
ータ１５の回転角度及び回転速度を検知し、被写体像が
所定の速度で走査されるように適切な指示をモータ駆動
回路１５０に与える。ＲＡＭ７２はＣＰＵ７１によるプ
ログラム実行のワークエリアである。撮像制御回路１２
０は、ＣＰＵ７１からのスタート信号に呼応してライン
センサ１１の制御を開始し、ＣＣＤの積分（電荷蓄積）
のタイミングを規定する信号をラインセンサ１１へ出力
する。ラインセンサ１１は積分終了信号に呼応して各画
素の光電変換信号をラッチし、画素の配列順に信号処理
系８０へ出力する。この主走査はライン周期（ΔＴ）毎
に繰り返される。

【００１９】図３はディジタル処理回路８５のブロック
図、図４は図３の線形化回路８５１による補正の概念図
である。ディジタル処理回路８５は、前段から入力され
たディジタルの撮影データＤ１０をルックアップテーブ
ル形式で補正する線形化回路８５１と、補正後の撮影デ
ータＤ１１に対して種々の処理を加える画像処理回路８
５２とから構成されている。線形化回路８５１は、図示
しないテーブルＲＯＭ及びバスセレクタを有しており、
撮影データ（ここでの入力データ）Ｄ１０の値が所定範
囲内のときにはテーブルＲＯＭに格納されている補正デ
ータ（ここでの出力データ）を後段へ送り、他の値のと
きには実質的にデータスルー状態となるように構成され
ている。ＣＰＵ７１は、撮影データＤ１０の値を判別
し、動作指示ＳＳを線形化回路８５１に与える。

【００２０】図４において、太い実線はラインセンサ１
１の光電変換特性を示している。輝度範囲における値Ｂ
ｂの高輝度側は片対数スケールでグラフが直線となる線
形領域Ａ１であり、値Ｂｂの低輝度側はグラフが曲線と
なる非線形領域Ａ２である。線形化回路８５１は、表１
のとおり入力データＤ１０の値ｙが線形領域Ａ１に対応
する場合、すなわち輝度値Ｂｂに対応した値ｙｂより大
きい場合には、そのままの値のデータＤ１１を出力す
る。これに対して、入力データＤ１０の値ｙが非線形領
域Ａ２に対応する場合には、図中に鎖線で示すように光
電変換特性グラフが線形領域Ａ１の直線を延長した直線
であると仮定したときの値Ｙを出力データＤ１１の値と
する。ただし、計算上で出力データＤ１１が負数になる
ときは零とする。このような光電変換特性の歪みに対応
した補正を実現するためのルックアップテーブルが、線
形化回路８５１にＲ，Ｇ，Ｂの各色毎に設けられてい
る。

【００２１】

【表１】

【００２２】図５はラインセンサカメラ１の概略の動作
を示すフローチャートである。バッテリーが装着されて
制御電源が投入されると、ＣＰＵ７１は各種の制御レジ
スタなどの初期設定（＃１）及び制御対象の初期調整
（＃２）を行い、スイッチ操作を待つ。

【００２３】ユーザーがメインスイッチ６１を操作する
と、メインスイッチ６１がオン状態である起動中であれ
ば、制御対象への駆動電流の供給を絶つＯＦＦ動作処理
を行い、起動中でなければ制御対象に駆動電流を供給す
るＯＮ動作処理を行う（＃３〜＃６）。起動中において
レリーズスイッチ６３がオン状態になると、本発明に特
有のレリーズ動作を行う（＃３、＃７、＃８）。

【００２４】図６は図５のレリーズ動作サブルーチンの
フローチャートである。スキャンモータ１５及びライン
センサ１１を駆動して撮影を開始し（＃８１）、画素ク
ロックに同期してディジタル処理回路８５に入力される
撮影データＤ１０を読み込む（＃８２）。線形化回路８
５１によってラインセンサ１１の特性の歪みに対応した
データ補正を行い（＃８３）、所定の画像処理の制御を
行う（＃８４）。画像処理としては、例えば、カラーバ
ランスをとるために各色の出力にその色に対して予め測
定された所定値（白色に対する各色の出力を同じにする
ための値）を加える。なお、リニア特性の場合は掛け
る。さらに、測光センサ５１の出力により輝度変化を検
出し、その変化を相殺する値を加える。リニア特性の場
合は掛ける。この段階では、図電極にステップ＃８３の
補正処理が行われた後なので、いずれの画像処理も適切
に行い得る。種々の処理を受けた撮影データＤ２０をイ
ンタフェース７５を介して外部装置へ送り出す（＃８
５）。このような一連の処理を繰り返し、１フレームの
全画素の撮影データＤ２０の出力が終わると（＃８
６）、＃８５，＃８６）。撮影処理を実行し（＃８
７）、所定時間ＴＰの撮影が終わると、スキャンモータ
１５及びラインセンサ１１の駆動を停止し（＃８７）、
メインルーチンへリターンする。

【００２５】図７は図６のデータ補正サブルーチンのフ
ローチャートである。撮影データＤ１０を線形化回路８
５１のレジスタにセットし（＃８３１）、撮影データＤ
１０の値ｙを判別する（＃８３２）。値ｙが線形領域Ａ
１に対応した値（ｙ≧ｙｂ）のときには値ｙを変更せず
にリターンする。値ｙが非線形領域Ａ２に対応した値
（ｙ＜ｙｂ）のときには線形化回路８５１内のルックア
ップテーブルによって値ｙを補正する（＃８３３）。

【００２６】図８は第２の実施形態に係るディジタル処
理回路８５ｂのブロック図である。ディジタル処理回路
８５ｂは、線形化演算部８５４を有した画像処理回路８
５３と変換式メモリ８５５から構成されている。線形化
演算部８５４は、予め変換式メモリ８５５に記憶されて
いる後述の変換式を用いて演算により撮影データＤ１０
を補正する。

【００２７】図９は線形化演算部８５４のよる補正演算
の内容を説明するための図である。図のようにラインセ
ンサ１１の光電変換特性グラフにｘｙ直交座標を当ては
める。ｘ軸は入射光量に対応し、ｙ軸は光電変換出力に
対応する。

【００２８】本実施形態では、光電変換特性グラフに対
する折れ線近似グラフを用いて撮影データＤ１０を補正
する。図の例では、非線形領域Ａ２に対応する曲線が２
本の直線で近似されている。すなわち非線形領域Ａ２は
第１及び第２の区間Ａ２１，Ａ２２に分けられている。
線形領域Ａ１内の点Ｐ、線形領域Ａ１と非線形領域Ａ２
との境界Ｑ、区間Ａ２１と区間Ａ２２との境界Ｒ、及び
区間Ａ２２の端点Ｓの座標を順に（Ｘ０，Ｙ０）、（Ｘ
１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）とし、便
宜的にｙをｙ１、ｙ２、ｙ３と区別する。ｙ１は点Ｐ，
Ｑを通る直線上に、ｙ２は点Ｑ，Ｒを通る直線上に、ｙ
３は点Ｒ，Ｓを通る直線上にある。点Ｐ，Ｑを通る直線
（理想特性直線）、点Ｑ，Ｒを通る直線、及び点Ｒ，Ｓ
を通る直線は次の（１）（２）（３）式で表される。

【００２９】

【数１】

【００３０】光電変換特性の歪みの補正は、線分ＱＲ又
は線分ＲＳの上の点のｙ座標（ｙ２，ｙ３）をその点と
ｘ座標が等しい理想特性直線上の点のｙ座標に置き換え
る処理である。線分ＱＲから理想特性直線への変換式
（４）、及び線分ＲＳから理想特性直線への変換式
（５）は（１）（２）（３）式を用いて導出することが
できる。

【００３１】

【数２】

【００３２】撮影データＤ１０の値ｙが区間Ａ２１に対
応した値ｙ２であれば変換式（４）を用い、区間Ａ２２
に対応した値ｙ３であれば変換式（５）を用いて補正値
を求めればよい。なお、本実施形態においても補正値が
負数になったときには零に置き換える。

【００３３】図１０は図８の構成に対応したレリーズ動
作のフローチャートである。まず、変換式（４）（５）
を変換式メモリ８５５から線形化演算部８５４に転送
し、その後に撮像を開始する（＃９１、＃９２）。以降
の動作手順（＃９３〜＃９８）は上述した図６のフロー
チャートと同様であるので、ここでは説明を省略する。

【００３４】図１１は図１０のデータ補正サブルーチン
のフローチャートである。撮影データＤ１０を線形化演
算部８５４のレジスタにセットし（＃９４１）、撮影デ
ータＤ１０の値ｙを判別する（＃９４２）。値ｙが線形
領域Ａ１に対応した値（ｙ≧Ｙ１）のときには値ｙをそ
のまま出力値ｙ１に設定する（＃９４８）。一方、値ｙ
が非線形領域Ａ２の第１の区間Ａ２１に対応した値（ｙ
≧Ｙ２）のときには値ｙを値ｙ２に設定して第１の変換
式（４）を用いて出力値ｙ１を算出し（＃９４３〜＃９
４６）、値ｙが第２の区間Ａ２２に対応した値（ｙ＜Ｙ
２）のときには値ｙを値ｙ３に設定して第２の変換式
（５）を用いて出力値ｙ１を算出する（＃９４３、＃９
４５、＃９４６）。そして、出力値ｙ１をインタフェー
ス７５へ送り出し（＃９４７）、サブルーチンからぬけ
る。

【００３５】上述の実施形態において、被写体像をＲ，
Ｇ，Ｂに分解して読み取る例を挙げたが、Ｙ，Ｍ，Ｃに
分解して読み取るラインセンサ１１を用いてもよい。光
電変換特性がリニア特性である場合にも同様にルックア
ップテーブル又は演算によってデータ補正を行うことが
できる。その場合、少なくとも特性の直線性が崩れる高
輝度側についてのみ補正を行えばよい。

【００３６】温度測定手段を設け、温度による光電変換
特性の変化を考慮して特性の歪みに対する補正を行って
もよい。データ補正は、必ずしもディジタル信号に変換
した後に行う必要はなく、アナログ信号の段階で行って
もよい。例えばルックアップテーブルのデータをＤ／Ａ
変換してアナログ増幅器のゲインを調整することによ
り、所望の補正を実現することができる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１乃至請求項２の発明によれば、
従来において用いられていなかったノンリニア領域を補
正して用いることにより、撮像デバイスの有効感度範囲
を拡大することができる。

【００３８】請求項２の発明によれば、ルックアップテ
ーブル形式で補正を行う場合に、テーブルデータを記憶
するメモリの容量を小さくすることができる。また、演
算で補正を行う場合に演算制御系の処理負担を軽減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したラインセンサカメラの構成を
示す図である。

【図２】ラインセンサカメラの電気回路構成を示すブロ
ック図である。

【図３】ディジタル処理回路のブロック図である。

【図４】図３の線形化回路による補正の概念図である。

【図５】ラインセンサカメラの概略の動作を示すフロー
チャートである。

【図６】図５のレリーズ動作サブルーチンのフローチャ
ートである。

【図７】図６のデータ補正サブルーチンのフローチャー
トである。

【図８】第２の実施形態に係るディジタル処理回路のブ
ロック図である。

【図９】線形化演算部のよる補正演算の内容を説明する
ための図である。

【図１０】図８の構成に対応したレリーズ動作のフロー
チャートである。

【図１１】図１０のデータ補正サブルーチンのフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ラインセンサカメラ１１ラインセンサ８５１線形化回路（信号処理手段）８５４線形化演算部（信号処理手段）Ｄ１０撮影データ（輝度情報）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像デバイスによって被写体像を電気信号
に変換する撮像装置であって、前記撮像デバイスによって得られた被写体の輝度情報
を、当該撮像デバイスの光電変換特性の歪みに応じて補
正する信号処理手段を有したことを特徴とする撮像装
置。
【請求項２】前記信号処理手段は、前記撮像デバイスの
出力値が出力レンジのうちの前記光電変換特性の歪み領
域に対応した部分の値であるときに前記輝度情報を変更
し、他の値であるときには前記輝度情報を変更せずに出
力する請求項１記載の撮像装置。