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JP2009038818A - Image processing method and digital camera - Google Patents

Image processing method and digital camera Download PDF

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JP2009038818A
JP2009038818A JP2008242174A JP2008242174A JP2009038818A JP 2009038818 A JP2009038818 A JP 2009038818A JP 2008242174 A JP2008242174 A JP 2008242174A JP 2008242174 A JP2008242174 A JP 2008242174A JP 2009038818 A JP2009038818 A JP 2009038818A
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Japan
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gradation
image
value
conversion
input
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JP2008242174A
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Japanese (ja)
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Manabu Hyodo
学 兵藤
Koichi Sakamoto
浩一 坂本
Masahiko Sugimoto
雅彦 杉本
Hirokazu Kobayashi
寛和 小林
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Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Abstract

【課題】広いダイナミックレンジを有する画像を得るのに好適なデジタルカメラを提供する。
【解決手段】CCDにより取得されたアナログの撮像信号は、アナログ信号処理回路によりデジタル変換され、各画素ごとに階調値を持つ画像データとして出力される。階調変換部は、入力された画像データの持つ階調値を調べて明度平均値の最大値を検出して、この明度平均値の最大値に応じて階調変換テーブルを決定する。この後、階調変換部は、階調変換テーブルに基づいて階調変換処理を行う。階調変換処理では、主要被写体に相当する低輝度域は階調値の出入力特性の傾きが大きくなるように、高輝度域は出入力特性の傾きが小さくなるように、入力された画像データの階調値が変換される。
【選択図】図5
A digital camera suitable for obtaining an image having a wide dynamic range is provided.
An analog imaging signal acquired by a CCD is digitally converted by an analog signal processing circuit and output as image data having a gradation value for each pixel. The gradation conversion unit checks the gradation value of the input image data, detects the maximum value of the lightness average value, and determines the gradation conversion table according to the maximum value of the lightness average value. Thereafter, the gradation conversion unit performs gradation conversion processing based on the gradation conversion table. In the gradation conversion process, the input image data is set so that the slope of the input / output characteristics of the gradation value is large in the low brightness area corresponding to the main subject, and the slope of the input / output characteristics is small in the high brightness area. Are converted.
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、画素ごとに信号値を持つ画像データに対して所定の階調変換処理を施す画像処理方法、及び、デジタルカメラに関するものである。   The present invention relates to an image processing method for performing predetermined gradation conversion processing on image data having a signal value for each pixel, and a digital camera.

撮像装置の1つとして、デジタルカメラが広く普及している。デジタルカメラは、撮影レンズの背後にCCDやCMOSなどの撮像素子が設けられており、撮像素子から出力される撮像信号に基づいて画像データを生成し、生成した画像データをメモリカードなどの記憶媒体に記録する。   As one of imaging devices, digital cameras are widely used. The digital camera is provided with an image sensor such as a CCD or CMOS behind the photographic lens, generates image data based on an image signal output from the image sensor, and the generated image data is stored in a storage medium such as a memory card. To record.

デジタルカメラを用いて低輝度の被写体を撮像する場合、得られる撮像信号は全体として小さく、また、被写体を再生する際に階調の幅として再現される撮像信号の信号値の幅も狭い。これにより、画像データを再生した際に、暗く、階調の乏しい画像として再現されてしまう。   When a low-brightness subject is imaged using a digital camera, the obtained imaging signal is small as a whole, and the signal value range of the imaging signal reproduced as the gradation width when reproducing the subject is also narrow. As a result, when the image data is reproduced, it is reproduced as a dark image with poor gradation.

このため、低輝度の被写体を撮像する場合には、ゲインアップという感度向上技術が用いられる。ゲインアップは、撮像素子から出力される撮像信号を一定の倍率で増幅するものである。ゲインアップを行うことによって、低輝度の被写体であっても明るく、また、階調豊かに再現することができる。   For this reason, when imaging a low-luminance subject, a sensitivity improvement technique called gain-up is used. The gain increase is to amplify the image signal output from the image sensor at a constant magnification. By performing the gain increase, even a low-luminance subject can be reproduced brightly and with rich gradation.

しかし、高輝度の被写体を撮像した場合に、ゲインアップを行ってしまうと、再現可能な階調幅以上に撮像信号が増幅されてしまい、いわゆる白飛びとして再現されてしまう。このような理由から、ゲインアップは、被写体に輝度の高い部分と低い部分とがある場合には適さない。   However, if a high-brightness subject is imaged and the gain is increased, the imaging signal is amplified beyond the reproducible gradation width, and is reproduced as a so-called whiteout. For these reasons, gain-up is not suitable when the subject has a portion with high brightness and a portion with low brightness.

そこで、下記特許文献1、及び、特許文献2には、高感度の撮影を行い、被写体の低輝度部分を再現するのに適した第1の撮像素子と、低感度の撮影を行い、被写体の高輝度部分を再現するのに適した第2の撮像素子とを設け、これら2種類の撮像素子により得られた2種類の画像を合成することにより、広いダイナミックレンジを有する画像を得ることのできる撮像装置が記載されている。
特開2001−8104号公報 特開2002−165226号公報
Therefore, in Patent Document 1 and Patent Document 2 below, a first image sensor suitable for performing high-sensitivity imaging and reproducing a low-luminance portion of the subject, and low-sensitivity imaging are performed. An image having a wide dynamic range can be obtained by providing a second image sensor suitable for reproducing a high-luminance portion and synthesizing two types of images obtained by these two types of image sensors. An imaging device is described.
JP 2001-8104 A JP 2002-165226 A

しかしながら、2種類の撮像素子を別個に設けた場合には、装置の大型化やコストの増加を招いてしまう。また、高感度の撮像素子と低感度の撮像素子とを交互に配置するなどして共通のエリアに2種類の撮像素子を設けた場合には、得られる画像の解像度が低下してしまうという問題があった。   However, when two types of image pickup elements are provided separately, the apparatus becomes large and the cost increases. In addition, when two types of image pickup devices are provided in a common area by alternately arranging a high-sensitivity image pickup device and a low-sensitivity image pickup device, the resolution of the obtained image is lowered. was there.

こういった問題は、1種類の撮像素子によっても、初めに高感度モードで撮影し、続けて低感度モードで撮影し、2つの画像を撮影後に合成するといった方法を用いれば解決することができる。ところが、この方法では、撮影に時間がかかってしまうだけではなく、2回の撮影を行う間に被写体が動いてしまった場合には、正常な画像を得ることができなくなる。   These problems can be solved even with one type of image sensor by using a method of first shooting in high sensitivity mode, then shooting in low sensitivity mode, and combining the two images after shooting. . However, this method not only takes time to shoot, but also makes it impossible to obtain a normal image if the subject moves during two shootings.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成で画質の低下を招くことがなく、ダイナミックレンジの拡大を図ることのできる画像処理方法、及び、デジタルカメラを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an image processing method and a digital camera capable of expanding a dynamic range without causing deterioration in image quality with a simple configuration. For the purpose.

前記目的を達成するために、本発明の画像処理方法は、階調値の出入力特性が非線形に変化する階調変換特性を複数備え、画像の輝度に応じて選択された階調変換特性に基づき、階調値の変換処理を行うことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the image processing method of the present invention includes a plurality of gradation conversion characteristics in which the input / output characteristics of the gradation values change nonlinearly, and the gradation conversion characteristics selected according to the luminance of the image. On the basis of this, a gradation value conversion process is performed.

また、本発明のデジタルカメラは、階調値の出入力特性が非線形に変化する階調変換特性を複数備え、画像の輝度に応じて選択された階調変換特性に基づき、階調値の変換処理を行う階調変換部を備えたことを特徴としている。前記階調変換部において階調変換処理がなされた画像を表示する表示手段を設けてもよい。   In addition, the digital camera of the present invention has a plurality of gradation conversion characteristics in which the input / output characteristics of the gradation values change nonlinearly, and the gradation value conversion is performed based on the gradation conversion characteristics selected according to the luminance of the image. It is characterized by having a gradation conversion unit for processing. Display means for displaying an image that has been subjected to gradation conversion processing in the gradation conversion section may be provided.

前記階調値の変換処理は、選択された階調変換特性に基づく階調値の変換処理の後に、ガンマ変換特性に基づくガンマ変換処理が行われるようにしてもよい。また、前記階調変換特性は、画素データの入力階調値が大きい領域では、画素データの入力階調値が小さな領域に対して出力階調値が緩やかに変化するようにしてもよい。また、画像を複数の領域に分割して、少なくとも一の前記領域において輝度平均値を算出し、輝度平均値の最大値より用いるべき階調変換特性を決定するようにしてもよい。   In the gradation value conversion process, the gamma conversion process based on the gamma conversion characteristic may be performed after the gradation value conversion process based on the selected gradation conversion characteristic. The gradation conversion characteristic may be such that, in an area where the input gradation value of the pixel data is large, the output gradation value gradually changes compared to an area where the input gradation value of the pixel data is small. Alternatively, the image may be divided into a plurality of regions, a luminance average value is calculated in at least one of the regions, and a gradation conversion characteristic to be used may be determined from the maximum value of the luminance average value.

本発明は、画像を構成する各画素の画素データの階調値の出入力特性が非線形に変化する複数の階調変換特性を備え、画像の輝度に応じて選択された一の階調変換特性に基づき、階調値の変換処理を行うようにしたので、撮像された画像に応じた最適な変換処理が行えるとともに、被写体の低輝度部分は明るく、また、階調豊かに再現しながら、被写体の高輝度部分も階調再現ができ、ダイナミックレンジの広い画像を得ることができる。   The present invention has a plurality of gradation conversion characteristics in which the input / output characteristics of the gradation values of the pixel data of each pixel constituting the image change nonlinearly, and one gradation conversion characteristic selected according to the luminance of the image Since the tone value conversion process is performed based on the above, the optimal conversion process according to the captured image can be performed, the low-brightness part of the subject is bright, and the subject is reproduced with rich gradation. The high luminance part can reproduce the gradation, and an image with a wide dynamic range can be obtained.

本発明を実施したデジタルカメラ10の前面側の斜視図を図1(A)に、背面側の斜視図を同図(B)にそれぞれ示す。カメラ本体11の前面には、撮影レンズ13が設けられており、上面には、シャッタボタン15が設けられている。 A perspective view of the front side of the digital camera 10 embodying the present invention is shown in FIG. 1A, and a perspective view of the back side is shown in FIG. A photographing lens 13 is provided on the front surface of the camera body 11, and a shutter button 15 is provided on the upper surface.

カメラ本体11の背面には、ズームボタン、モード選択ボタン、電源ボタン、4つのボタンが十字配列されたカーソルボタンからなる操作部17、及び、各種表示を行うためのLCD19が設けられている。また、カメラ本体11の側面には、メモリカード21が着脱自在にセットされる。このメモリカード21には、例えば、JPEG形式で圧縮された画像データが記憶される。   On the rear surface of the camera body 11, an operation unit 17 including a cursor button in which a zoom button, a mode selection button, a power button, and four buttons are arranged in a cross shape, and an LCD 19 for performing various displays are provided. A memory card 21 is detachably set on the side surface of the camera body 11. For example, image data compressed in the JPEG format is stored in the memory card 21.

デジタルカメラ10には、撮影モード、再生モード、各種設定を行うメニューモードが設けられている。また、撮影モードには、通常撮影モードの他に、高感度での撮影を行う高感度撮影モード、高輝度の部分と低輝度の部分が存在する被写体を撮影するための、広ダイナミックレンジモードが設けられている。各モードは、操作部17を操作することによって切り替えることができる。ユーザーはこれらの各モードを切り替えながら、撮影モードにおいて撮影を行ったり、再生モードにおいて撮影済みの画像を確認したりする。   The digital camera 10 is provided with a shooting mode, a playback mode, and a menu mode for performing various settings. In addition to the normal shooting mode, the shooting mode includes a high-sensitivity shooting mode for shooting with high sensitivity, and a wide dynamic range mode for shooting subjects with high-brightness and low-brightness parts. Is provided. Each mode can be switched by operating the operation unit 17. While switching between these modes, the user performs shooting in the shooting mode, and confirms a shot image in the playback mode.

図2に示すように、デジタルカメラ10の内部にはCPU23が設けられている。CPU23は、シャッタボタン15や操作部17から入力される操作信号に応じてデジタルカメラ10の各部を制御する。   As shown in FIG. 2, a CPU 23 is provided inside the digital camera 10. The CPU 23 controls each part of the digital camera 10 according to an operation signal input from the shutter button 15 or the operation unit 17.

撮影レンズ13は、モータを含むレンズ駆動機構25によって駆動されて、光学撮影倍率の変更と焦点調整が行われる。絞り27はモータを含む絞り駆動機構29によって駆動されて、絞り径が切り替えられる。レンズ駆動機構25及び絞り駆動機構29は、CPU23に制御されるモータドライバ31、33によって駆動される。   The photographing lens 13 is driven by a lens driving mechanism 25 including a motor, and the optical photographing magnification is changed and the focus is adjusted. The aperture 27 is driven by an aperture drive mechanism 29 including a motor, and the aperture diameter is switched. The lens driving mechanism 25 and the aperture driving mechanism 29 are driven by motor drivers 31 and 33 controlled by the CPU 23.

絞り27の背後には、撮像素子としてCCDイメージセンサ(CCD)35が配置されている。CCD35は、周知のように、多数の受光素子がマトリクス状に配列された光電面を備えており、撮影レンズ13や絞り27を通過し、この光電面に結像した被写体光を光電変換する。光電面の前方には、各画素に光を集光するためのマイクロレンズアレイと、各画素がR、G、Bのいずれかに対応するように各色のカラーフィルタアレイとが配置されている。   Behind the diaphragm 27, a CCD image sensor (CCD) 35 is disposed as an image sensor. As is well known, the CCD 35 includes a photoelectric surface in which a large number of light receiving elements are arranged in a matrix. The CCD 35 passes through the photographing lens 13 and the diaphragm 27 and photoelectrically converts subject light imaged on the photoelectric surface. In front of the photocathode, a microlens array for condensing light on each pixel and a color filter array for each color are arranged so that each pixel corresponds to one of R, G, and B.

CCD35は、CCDドライバ37から供給される垂直転送クロック及び水平転送クロックに同期して、各画素毎に蓄積された電荷を1ラインずつシリアルな撮像信号として出力する。各画素の電荷蓄積時間(露出時間)は、CCDドライバ37から与えられる電子シャッタ駆動信号によって決められている。   The CCD 35 outputs the charge accumulated for each pixel as a serial imaging signal line by line in synchronization with the vertical transfer clock and horizontal transfer clock supplied from the CCD driver 37. The charge accumulation time (exposure time) of each pixel is determined by an electronic shutter drive signal given from the CCD driver 37.

CCD35による撮像信号の取り込みは、デジタルカメラ10が撮影モードにセットされると開始される。撮影モードでは、画素数を落としたスルー画として撮像信号が取り込まれ、LCD19に連続的に表示される。シャッタボタン15が押圧操作されて本撮影指示がなされると、CCD35は、スルー画としての取り込みをいったん中止して、本画像として撮像信号を取り込む。本撮影が終了すると再びスルー画として撮像信号が取り込まれる。このようにして取り込まれたアナログの撮像信号は、アナログ信号処理回路41に出力される。   The capturing of the imaging signal by the CCD 35 is started when the digital camera 10 is set to the photographing mode. In the shooting mode, an image pickup signal is captured as a through image with a reduced number of pixels and is continuously displayed on the LCD 19. When the shutter button 15 is pressed and a main photographing instruction is issued, the CCD 35 once stops capturing a through image and captures an imaging signal as a main image. When the main photographing is completed, the imaging signal is captured again as a through image. The analog imaging signal thus captured is output to the analog signal processing circuit 41.

アナログ信号処理回路41は、相関二重サンプリング回路(CDS)43、信号増幅部45、A/Dコンバータ47とからなる。CDS43は、撮像信号に含まれるノイズの除去を行う。デジタルカメラ10が通常撮影モードや、広ダイナミックレンジモードにセットされているときは、ノイズの除去されたアナログ撮像信号は、信号増幅部45において通常ゲイン(Ga)で増幅されA/Dコンバータ47に送られる。   The analog signal processing circuit 41 includes a correlated double sampling circuit (CDS) 43, a signal amplifier 45, and an A / D converter 47. The CDS 43 removes noise included in the imaging signal. When the digital camera 10 is set to the normal shooting mode or the wide dynamic range mode, the analog image pickup signal from which noise has been removed is amplified by the normal gain (Ga) in the signal amplifying unit 45 and is supplied to the A / D converter 47. Sent.

一方、デジタルカメラ10が高感度撮影モードにセットされているときには、ノイズの除去されたアナログ撮像信号は、信号増幅部45において設定感度に応じて定められるゲインで増幅される。例えば、ISO400モードにおいては通常撮影モードの4倍のゲイン(4Ga)で、ISO200モードでは2倍のゲイン(2Ga)で、それぞれ増幅される。   On the other hand, when the digital camera 10 is set to the high-sensitivity shooting mode, the analog imaging signal from which noise has been removed is amplified by the signal amplifying unit 45 with a gain determined according to the set sensitivity. For example, in the ISO 400 mode, amplification is performed with a gain (4Ga) that is four times that in the normal photographing mode, and with a gain (2Ga) that is twice that in the ISO 200 mode.

図3は、信号増幅部45においてアナログ撮像信号が増幅される様子を示したグラフである。図の横軸は、CCD35から出力されてアナログ信号処理回路41に入力されるアナログ信号値を表し、縦軸は、アナログ信号増幅部41から出力されるアナログ信号値を表す。図の実線は、通常撮影モード(ゲインGa)を表し、点線は、高感度撮影モード(ゲイン2Ga)を表す。   FIG. 3 is a graph showing how the analog imaging signal is amplified in the signal amplification unit 45. The horizontal axis of the figure represents the analog signal value output from the CCD 35 and input to the analog signal processing circuit 41, and the vertical axis represents the analog signal value output from the analog signal amplification unit 41. The solid line in the figure represents the normal shooting mode (gain Ga), and the dotted line represents the high-sensitivity shooting mode (gain 2Ga).

高感度撮影モードでは、被写体の高輝度部分、すなわちアナログ信号値の入力値の高い部分では、出力の最大値を越えてしまい飽和状態となり、いわゆる白飛びとして再現される。しかし、多くの主要被写体は低〜中輝度であり、この部分を階調豊かに表現することができる。このように、ゲインアップが行われると、撮影可能な被写体輝度の幅(ダイナミックレンジ)は減少してしまう代わりに、被写体の低〜中輝度部分を再現する階調の幅は広がる。信号増幅部45により増幅されたアナログ撮像信号は、A/Dコンバータ47に送信される。   In the high-sensitivity shooting mode, the high luminance portion of the subject, that is, the portion where the input value of the analog signal value is high exceeds the maximum output value and becomes saturated, and is reproduced as so-called whiteout. However, many main subjects have low to medium luminance, and this portion can be expressed with rich gradation. Thus, when gain increase is performed, the width of the subject luminance that can be photographed (dynamic range) is reduced, but the gradation range that reproduces the low-medium luminance portion of the subject widens. The analog imaging signal amplified by the signal amplification unit 45 is transmitted to the A / D converter 47.

A/Dコンバータ47は、送信されたアナログ撮像信号を、10ビットの階調幅(1024階調)を持った信号値(階調値)へデジタル変換して画像データを生成する。この画像データは、各画素毎にR、G、Bの濃度を示す階調値を持つCCDーRAWデータであり、このデータは、データバス49を介してフレームメモリ51に出力される。   The A / D converter 47 digitally converts the transmitted analog imaging signal into a signal value (gradation value) having a 10-bit gradation width (1024 gradations) to generate image data. This image data is CCD-RAW data having gradation values indicating R, G, and B densities for each pixel, and this data is output to the frame memory 51 via the data bus 49.

データバス49には、フレームメモリ51やアナログ信号処理回路41の他に、デジタル信号処理回路61、CPU23、LCD19、メモリカード21が接続されており、これらはデータバス49を介して情報の送受信を行えるようになっている。フレームメモリ51は、デジタル信号処理回路61が画像データに対して各種信号処理を施す際に使用される作業用メモリであり、画像データが一時的に記憶される。   In addition to the frame memory 51 and the analog signal processing circuit 41, the digital signal processing circuit 61, the CPU 23, the LCD 19, and the memory card 21 are connected to the data bus 49, and these transmit and receive information via the data bus 49. It can be done. The frame memory 51 is a working memory used when the digital signal processing circuit 61 performs various signal processes on the image data, and temporarily stores the image data.

デジタル信号処理回路61は、画像調節部63、画像補正部65、階調変換部67、ガンマ補正部68が設けられている。さらに、画像調節部63には、AF回路69、AE回路71、AWB回路73、が設けられている。   The digital signal processing circuit 61 includes an image adjustment unit 63, an image correction unit 65, a gradation conversion unit 67, and a gamma correction unit 68. Further, the image adjusting unit 63 is provided with an AF circuit 69, an AE circuit 71, and an AWB circuit 73.

AF回路69は、アナログ信号処理回路41から出力された画像データに基づいて焦点位置を検出し、フォーカッシングを行う。AE回路71は、アナログ信号処理回路41から出力された画像データに基づいて被写体輝度を測定し、露出制御を行う。AWB回路73は、オートホワイトバランス回路であり、撮影時のホワイトバランスを自動調整する。画像補正部65は、撮像された画像にシャープネス補正、コントラスト補正、などの画質補正処理を行う。   The AF circuit 69 detects the focal position based on the image data output from the analog signal processing circuit 41 and performs focusing. The AE circuit 71 measures the subject luminance based on the image data output from the analog signal processing circuit 41 and performs exposure control. The AWB circuit 73 is an auto white balance circuit, and automatically adjusts the white balance at the time of shooting. The image correction unit 65 performs image quality correction processing such as sharpness correction and contrast correction on the captured image.

デジタルカメラ10が通常撮影モードやゲインアップモードにセットされている場合、CCD35によってスルー画や本画像として取り込まれ、アナログ信号処理回路41から出力された画像データは、画像調節部63、画像補正部65により各種処理がなされた後、ガンマ変換部68に出力されてガンマ変換処理が行われる。   When the digital camera 10 is set to the normal shooting mode or gain up mode, the image data captured by the CCD 35 as a through image or a main image and output from the analog signal processing circuit 41 is an image adjustment unit 63, an image correction unit. After various processing is performed by 65, it is output to the gamma conversion unit 68 to perform gamma conversion processing.

周知のように、画像データをモニタに出力すると、モニタに入力された階調値とモニタが出力する階調値との間に物理定期な影響でズレが生じる。ガンマ変換処理はこのズレを補正するために行われる。図4に示すように、ガンマ変換部68には、前記ズレを補正するためのガンマ変換テーブルが設けられており、ガンマ変換部68は、このガンマ変換テーブルに基づいて入力された画像データの入力階調値を変換して出力する。   As is well known, when image data is output to a monitor, a difference occurs between the gradation value input to the monitor and the gradation value output from the monitor due to a physical periodic effect. The gamma conversion process is performed to correct this deviation. As shown in FIG. 4, the gamma conversion unit 68 is provided with a gamma conversion table for correcting the deviation, and the gamma conversion unit 68 receives image data input based on the gamma conversion table. The tone value is converted and output.

一方、デジタルカメラ10が広ダイナミックレンジモードにセットされている場合、CCD35によって取り込まれた画像データには、画像調節部63、画像補正部65による各種処理に加えて、階調変換部67による階調変換処理が行われる。そして、階調変換処理後の画像データに対してガンマ変換処理が行われる。以下、階調変換処理について説明を行う。   On the other hand, when the digital camera 10 is set to the wide dynamic range mode, the image data captured by the CCD 35 is processed by the gradation converting unit 67 in addition to various processes by the image adjusting unit 63 and the image correcting unit 65. A key conversion process is performed. Then, a gamma conversion process is performed on the image data after the gradation conversion process. Hereinafter, the gradation conversion process will be described.

図5に示すように、階調変換部67には、100%モード、200%モード、400%モードの3つの階調変換テーブルが設けられている。階調変換部67は、入力された画像のダイナミックレンジに応じて、階調変換テーブルの中から1つを選択して、選択した階調変換テーブルに基づいて、画像データが持つ各画素ごとの階調値を変換して出力する。なお、本実施形態では、信号増幅部45にて通常ゲイン(Ga)で増幅され、A/D変換された10ビット(階調値0〜1023)のデータが階調変換部67に入力され、階調変換後に10ビットのデータが出力される。   As shown in FIG. 5, the gradation conversion unit 67 is provided with three gradation conversion tables of 100% mode, 200% mode, and 400% mode. The gradation conversion unit 67 selects one of the gradation conversion tables according to the dynamic range of the input image, and for each pixel included in the image data based on the selected gradation conversion table. The tone value is converted and output. In the present embodiment, 10-bit (gradation value 0 to 1023) data that is amplified with the normal gain (Ga) by the signal amplification unit 45 and A / D converted is input to the gradation conversion unit 67. 10-bit data is output after gradation conversion.

階調変換処理で用いるべき階調変換テーブルは、以下の手順で決定される。まず、図6(A)に示すように、入力画像70を16分割し、各領域A1〜A16で、領域内の画素が持つ階調値の平均値(輝度平均値)を算出する。そして、全16領域での輝度平均値を比較することによって、輝度平均値の最大値を検出する。   The gradation conversion table to be used in the gradation conversion process is determined by the following procedure. First, as shown in FIG. 6A, the input image 70 is divided into 16 parts, and the average value (brightness average value) of the gradation values of the pixels in the area is calculated in each of the areas A1 to A16. Then, the maximum value of the luminance average value is detected by comparing the luminance average values in all 16 regions.

図6(B)に示すように、階調変換部67は、輝度平均値の最大値が0〜255であるとき、すなわち被写体輝度が低いと判断される場合には、100%モードを選択する。また、最大値が256〜511であるときには200%モードを選択して、512〜1023のときには400%モードを選択する。   As shown in FIG. 6B, the gradation conversion unit 67 selects the 100% mode when the maximum luminance average value is 0 to 255, that is, when it is determined that the subject luminance is low. . When the maximum value is 256 to 511, the 200% mode is selected, and when it is 512 to 1023, the 400% mode is selected.

100%モードが選択されると、階調変換部67は、出力階調値が4倍になるように入力階調値を線形変換する。例えば、階調値が255のデータが入力された場合には、階調値が1023のデータを出力する。これは、高感度撮影モードで4倍のゲイン(4Ga)にてアナログ信号を増幅した場合と同等の入出力特性を有する。   When the 100% mode is selected, the gradation conversion unit 67 linearly converts the input gradation value so that the output gradation value is quadrupled. For example, when data with a gradation value of 255 is input, data with a gradation value of 1023 is output. This has input / output characteristics equivalent to those obtained when an analog signal is amplified with a gain (4Ga) of 4 times in the high-sensitivity shooting mode.

また、200%モードが選択されると、入力階調値が低い部分に対しては100%モードと同様の特性にて階調変換され、入力階調値が高くなるにつれて入出力特性の傾きがなだらかに変化し、入力データの階調値が511のときに出力データの階調値が1023になるような非線形のカーブを描く出入力特性にて入力階調値が変換される。   When the 200% mode is selected, gradation conversion is performed with the same characteristics as in the 100% mode for a portion with a low input gradation value, and the slope of the input / output characteristics increases as the input gradation value increases. The input gradation value is converted with an output / input characteristic that changes gradually and draws a non-linear curve such that the gradation value of the output data becomes 1023 when the gradation value of the input data is 511.

さらに、400%モードが選択されると、入力階調値が低い部分に対しては100%モードと同様の特性にて階調変換され、200%モードと同様に、入力階調値が高くなるにつれて入出力特性の傾きがなだらかに変化する。そして、入力データの階調値が1023のときに出力データの階調値が1023になるような非線形のカーブを描く出入力特性にて入力階調値が変換される。   Further, when the 400% mode is selected, gradation conversion is performed with the same characteristics as in the 100% mode for a portion with a low input gradation value, and the input gradation value becomes high as in the 200% mode. The slope of the input / output characteristics changes gradually as the time elapses. Then, the input gradation value is converted by an input / output characteristic that draws a non-linear curve such that the gradation value of the output data becomes 1023 when the gradation value of the input data is 1023.

このように、階調変換テーブルによって階調変換処理のなされた画像データは、ガンマ変換部68に入力され、さらに、ガンマ変換テーブル(図4参照)によってガンマ変換処理が行われる。これにより、100%モード、200%モード、400%モードの各階調変換テーブルによって階調変換処理のなされた画像データは最終的に、図7に示すように階調値が変換され出力される。   As described above, the image data subjected to the gradation conversion process by the gradation conversion table is input to the gamma conversion unit 68, and further, the gamma conversion process is performed by the gamma conversion table (see FIG. 4). As a result, the gradation values of the image data that has been subjected to the gradation conversion processing by the gradation conversion tables in the 100% mode, the 200% mode, and the 400% mode are finally converted and output as shown in FIG.

そして、ガンマ変換部68から出力された画像データは、スルー画として取得された場合は、LCD19に表示され、本画像として取得された場合は、圧縮されメモリカード21に記録される。   The image data output from the gamma conversion unit 68 is displayed on the LCD 19 when acquired as a through image, and is compressed and recorded on the memory card 21 when acquired as a main image.

以下、本発明の作用について説明を行う。高輝度の部分と低輝度の部分が存在する被写体を撮像する場合に、ユーザーは操作部17を操作して、デジタルカメラ10を広ダイナミックレンジモードにセットする。広ダイナミックレンジモードでは、CCD35によって光学的な被写体像が撮像信号に光電変換され、信号増幅部45において通常のゲイン(Ga)で増幅された後、デジタル変換される。その後、階調変換部67に送られて階調変換処理が行われる。   Hereinafter, the operation of the present invention will be described. When imaging a subject having a high-luminance portion and a low-luminance portion, the user operates the operation unit 17 to set the digital camera 10 to the wide dynamic range mode. In the wide dynamic range mode, an optical subject image is photoelectrically converted into an imaging signal by the CCD 35, amplified by a normal gain (Ga) in the signal amplifier 45, and then digitally converted. After that, it is sent to the gradation conversion unit 67 to perform gradation conversion processing.

階調変換部67では、入力された画像の輝度平均値の最大値が検出され、これに基づいて3つの階調変換テーブルの中から1つが選択される。そして、選択された階調変換テーブルによって決定される階調変換特性にて、入力された画像データの階調値が変換されて出力される。   The gradation conversion unit 67 detects the maximum value of the average luminance value of the input image, and selects one of the three gradation conversion tables based on this. Then, the gradation value of the input image data is converted and output by the gradation conversion characteristic determined by the selected gradation conversion table.

階調変換処理では、入力階調値が低い部分では高感度モードで撮影されたのと同様の入出力特性で階調変換が行われるので、階調値の低い通常の主要被写体を明るくまた、階調豊かに表現することができる。そして、200%モード、あるいは400%モードでは、被写体の明るい部分の変化が緩やかになるように階調変換がなされるので、いわゆる白飛びの発生が抑えられ、ダイナミックレンジの広い画像を得ることができる。   In the gradation conversion process, gradation conversion is performed with the same input / output characteristics as those shot in the high sensitivity mode in the part where the input gradation value is low. It is possible to express with rich gradation. In the 200% mode or the 400% mode, gradation conversion is performed so that the change in the bright part of the subject is moderate, so that the occurrence of so-called whiteout can be suppressed and an image with a wide dynamic range can be obtained. it can.

また、上記構成では階調変換のみでダイナミックレンジが拡大されており、撮像素子を2種類設けたり、2回の撮影を行ったりする必要がないため、簡単な構成で画質の向上を図ることが可能となる。さらに、画像データの輝度平均値の最大値を検出して、階調変換特性を決定するようにしたので、画像データに応じた最適な階調変換を行うことができる。   Further, in the above configuration, the dynamic range is expanded only by gradation conversion, and it is not necessary to provide two types of image pickup devices or to perform shooting twice, so that the image quality can be improved with a simple configuration. It becomes possible. Furthermore, since the maximum value of the luminance average value of the image data is detected and the gradation conversion characteristic is determined, optimal gradation conversion according to the image data can be performed.

上記実施形態では、非線形の階調変換テーブルが2種類設けられているが、1つあるいは3つ以上の非線形階調変換テーブルを設け、入力画像の明るさに応じて適宜選択しても良い。また、入力階調値が低い部分では、出力階調値が4倍になるように変換テーブルが定められているが、この倍率は適宜変更することができる。   In the above embodiment, two types of nonlinear gradation conversion tables are provided, but one or three or more nonlinear gradation conversion tables may be provided and appropriately selected according to the brightness of the input image. In addition, the conversion table is determined so that the output gradation value is quadrupled in the portion where the input gradation value is low, but this magnification can be changed as appropriate.

また、階調変換テーブルの入力階調値と出力階調値はともに10ビットとしているが、ビット数は適宜変更しても良い。また、入力値と出力値のビット数が異なっていても良く、例えば、入力値が10ビットに対して出力値が9ビットになっていても良い。   Moreover, although both the input gradation value and the output gradation value of the gradation conversion table are 10 bits, the number of bits may be changed as appropriate. The number of bits of the input value and the output value may be different. For example, the output value may be 9 bits with respect to the input value of 10 bits.

上記実施形態では、入力される画像を16分割して各領域の輝度階調値を算出することで、階調変換テーブルの選択を行っているが、領域の分割数は適宜変更することができる。また、主要被写体は画面の中央部に位置することが通常なので、画面の中央部(図5のA6,A7,A10,A11)における輝度平均値より、階調変換テーブルの選択を行ってもよい。   In the above embodiment, the gradation conversion table is selected by dividing the input image into 16 and calculating the luminance gradation value of each area. However, the number of divided areas can be changed as appropriate. . Since the main subject is usually located at the center of the screen, the gradation conversion table may be selected based on the average brightness value at the center of the screen (A6, A7, A10, A11 in FIG. 5). .

上記実施形態ではデジタルカメラを例にして説明したが、デジタルビデオカメラにも適用することができる。さらに、本発明は記録材料に画像を記録するプリンタ装置にも適用できる。図8に示すように、広ダイナミックレンジモードでは、画像の被写体反射率(画像の明るさ)に応じて選択される、例えば、100%モード、200%モード、400%モードの変換テーブルを用意する。そして、200%モード、400%モードでは、画像の被写体反射率が高い領域(明るい領域)のプリント濃度がなだらかに変化するようにして、この領域では通常プリントモードよりもプリント濃度が高くなるように、プリンタ装置の出力特性を定める。これにより、プリント出力される画像にいわゆる白飛びが生じるのを防止することができる。   In the above embodiment, the digital camera has been described as an example, but the present invention can also be applied to a digital video camera. Furthermore, the present invention can also be applied to a printer device that records an image on a recording material. As shown in FIG. 8, in the wide dynamic range mode, for example, conversion tables for 100% mode, 200% mode, and 400% mode, which are selected according to the subject reflectance of the image (image brightness), are prepared. . In the 200% mode and the 400% mode, the print density of the region where the subject reflectance of the image is high (bright region) is changed gently, and the print density is higher in this region than in the normal print mode. Determine the output characteristics of the printer device. Thereby, it is possible to prevent so-called whiteout from occurring in an image to be printed out.

デジタルカメラの前面側、及び背面側の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the front side of a digital camera, and a back side. デジタルカメラの構成図である。It is a block diagram of a digital camera. ゲインアップの作用を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the effect | action of a gain up. ガンマ変換処理における入力階調値と出力階調値の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the input gradation value and output gradation value in a gamma conversion process. 階調変換処理における入力階調値と出力階調値の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the input tone value and the output tone value in the tone conversion process. 階調変換テーブルの選択手順を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the selection procedure of a gradation conversion table. 広ダイナミックレンジモードにおける入力階調値と出力階調値の関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship between the input gradation value and output gradation value in wide dynamic range mode. 被写体反射率とプリント濃度の関係を表すグラフである。6 is a graph showing the relationship between subject reflectance and print density.

符号の説明Explanation of symbols

10 デジタルカメラ
23 CPU
35 CCD
41 アナログ信号処理回路
45 信号増幅部
61 デジタル信号処理回路
67 階調変換部
10 Digital camera 23 CPU
35 CCD
41 Analog signal processing circuit 45 Signal amplification unit 61 Digital signal processing circuit 67 Gradation conversion unit

Claims (9)

画像を構成する各画素の画素データの階調値を変換して出力する画像処理方法において、
前記階調値の出入力特性が非線形に変化する階調変換特性を複数備え、前記画像の輝度に応じて選択された前記階調変換特性に基づき、前記階調値の変換処理を行うことを特徴とする画像処理方法。
In the image processing method for converting the gradation value of the pixel data of each pixel constituting the image and outputting it,
A plurality of gradation conversion characteristics in which the input / output characteristics of the gradation values change nonlinearly, and the gradation value conversion processing is performed based on the gradation conversion characteristics selected according to the luminance of the image; A featured image processing method.
前記階調値の変換処理は、前記選択された階調変換特性に基づく階調値の変換処理の後に、ガンマ変換特性に基づくガンマ変換処理が行われることを特徴とする請求項1記載の画像処理方法。   2. The image according to claim 1, wherein in the gradation value conversion process, a gamma conversion process based on a gamma conversion characteristic is performed after a gradation value conversion process based on the selected gradation conversion characteristic. Processing method. 前記階調変換特性は、画素データの入力階調値が大きい領域では、画素データの入力階調値が小さな領域に対して出力階調値が緩やかに変化することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理方法。   2. The gradation conversion characteristic according to claim 1, wherein in the region where the input gradation value of the pixel data is large, the output gradation value gradually changes compared to the region where the input gradation value of the pixel data is small. 3. The image processing method according to 2. 前記画像を複数の領域に分割して、少なくとも一の前記領域において輝度平均値を算出し、前記輝度平均値の最大値より用いるべき前記階調変換特性を決定することを特徴とする請求項1から3のいずれか記載の画像処理方法。   2. The image is divided into a plurality of areas, a luminance average value is calculated in at least one of the areas, and the gradation conversion characteristic to be used is determined from a maximum value of the luminance average values. 4. The image processing method according to any one of items 1 to 3. 被写体を撮像して画像データを構成し、被写体画像を構成する各画素の画素データの階調値を変換する画像処理を行うデジタルカメラにおいて、
前記階調値の出入力特性が非線形に変化する階調変換特性を複数備え、前記画像の輝度に応じて選択された前記階調変換特性に基づき、前記階調値の変換処理を行う階調変換部を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
In a digital camera that performs image processing that captures an image of a subject, configures image data, and converts a gradation value of pixel data of each pixel that forms the subject image.
A gradation that includes a plurality of gradation conversion characteristics in which the input / output characteristics of the gradation values change nonlinearly, and performs gradation value conversion processing based on the gradation conversion characteristics selected according to the luminance of the image A digital camera comprising a conversion unit.
前記階調値の変換処理は、前記選択された階調変換特性に基づく階調値の変換処理の後に、ガンマ変換特性に基づくガンマ変換処理が行われることを特徴とする請求項5記載のデジタルカメラ。   The digital gradation processing according to claim 5, wherein the gradation value conversion processing is performed by performing gamma conversion processing based on gamma conversion characteristics after gradation value conversion processing based on the selected gradation conversion characteristics. camera. 前記階調変換特性は、画素データの入力階調値が大きい領域では、画素データの入力階調値が小さな領域に対して出力階調値が緩やかに変化することを特徴とする請求項5又は6記載のデジタルカメラ。   6. The gradation conversion characteristic according to claim 5, wherein in the region where the input gradation value of the pixel data is large, the output gradation value gradually changes compared to the region where the input gradation value of the pixel data is small. 6. The digital camera according to 6. 前記階調変換部は、前記画像を複数の領域に分割して、少なくとも一の前記領域において輝度平均値を算出し、前記輝度平均値の最大値より用いるべき前記階調変換特性を決定することを特徴とする請求項5から7のいずれか記載のデジタルカメラ。   The gradation conversion unit divides the image into a plurality of regions, calculates a luminance average value in at least one of the regions, and determines the gradation conversion characteristic to be used from the maximum value of the luminance average value. The digital camera according to claim 5, wherein: 前記階調変換部において階調変換処理がなされた前記画像データに基づいて、前記画像を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項5から8のいずれか記載のデジタルカメラ。   9. The digital camera according to claim 5, further comprising display means for displaying the image based on the image data that has been subjected to gradation conversion processing in the gradation conversion unit.
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