JP2002084455A

JP2002084455A - 撮像装置

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Publication number: JP2002084455A
Application number: JP2001188706A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Mori; 圭一森; Hideaki Yoshida; 英明吉田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2002-03-22
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: JP3854101B2

Abstract

(57)【要約】【課題】階調特性を切り換えた場合にも出力レベルを
一定に保つ。【解決手段】被写体を撮像するＣＣＤ撮像素子１０５
と、この撮像素子１０５における露出を制御する露出制
御機構１０３と、撮像素子１０５の出力信号に基づいて
複数の異なる階調特性（ガンマ）の画像信号を生成可能
な階調変換回路を有するデジタルプロセス回路１０８
と、階調変換回路が使用する階調変換特性を選択する選
択回路を有するシステムコントローラ１１２とを具備
し、複数の階調特性を切り換え可能なデジタルカメラに
おいて、ガンマ切り換えによって感度（出力信号レベ
ル）の変動が生じないようにするために、平均的露光に
対する出力レベルが常に同一になるように、露出制御機
構１０３で露出制御を行って選択したガンマ値に応じて
複数の制御目標値を切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、階調（ガンマ：
γ）特性を切り換え可能な撮像装置に係り、特に、階調
特性を切り換えることができる露出制御の改良をはかっ
た撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＣＤ等の撮像素子により被写体
の画像を撮像して映像信号に変換する撮像装置が盛んに
開発されている。このような撮像装置において、階調特
性（被写体輝度−出力信号レベル特性）を切り換えるこ
とができるものが知られている。具体的には、例えば、
放送用ＴＶカメラ、或いは、いわゆる工業用カメラ（Ｉ
ＴＶ）では、「ガンマ切り換え」などと称してその階調
特性を標準設定モード（γ＝０．４５）及びリニア特性
設定モード（γ＝１）のいずれか一つに設定することが
できる。

【０００３】ここで、γ（ガンマ）値とは、周知のとお
り入出力特性の線形（リニア）からの乖離に着目して、
入力ｘと出力ｙとの関係が式で近似表現した場合にｙ＝
ａ×ｘ^γ＋ｂ（ａ，ｂは定数）となるような指数であ
る。従って、γ＝１の時に入出力は、比例関係にある。
なお、ｂは、ペデスタル、或いは、オフセット分に相当
することから、γ値とは分離して別途考慮されることが
多い。

【０００４】γ＝０．４５は、放送における標準方式の
値であり、再生系の階調特性を考慮して総合的な高画質
（鑑賞目的や視覚的に良好な画質）を得るための値とし
て選定されている。これに対して、γ＝１は、計測目的
やカメラの調整において、階調変換回路に起因する誤差
要因を排除するための値として選定される。

【０００５】上記カメラに対してしばしば自動露出制御
が採用される。一般に、この制御では、撮像素子からの
出力であって、通常「γ変換回路」と呼ばれる階調変換
回路に入力される前のリニア信号がその制御対象とされ
る。このような制御方法によれば、撮像素子のダイナミ
ックレンジに直接対応する最適な露出制御が可能である
とされている。

【０００６】ところで、近年、このような電子撮像装置
の内、特に、静止画像を記録する電子スチルカメラが所
謂「デジタルカメラ」として広く普及するに至り、放送
用ＴＶカメラや工業用カメラとは異なる意味での階調特
性の切り換えの必要性が求められている。即ち、銀塩写
真にも匹敵する、鑑賞用の高画質な画像を求めるため
に、使用者の好みやシーンの状況に応じて最適な階調を
選択的に設定できるデジタルカメラの実現が望まれてい
る。

【０００７】一方、これら銀塩写真相当の写真撮影を目
指すデジタルカメラにおいては、銀塩写真についての経
験者の使用に耐え得ることが当然の要件となるため、銀
塩写真と同等のスペックや操作性（いわゆる使い勝手）
が要求されるという背景もある。このため、例えばデジ
タルカメラの「感度」を従来の銀塩フィルムのそれに習
って、いわゆる「ＩＳＯ表示」することが試みられてい
る。

【０００８】このような試みの一つとして、「テレビジ
ョン学会技術報告／吉田：デジタルカメラの感度（スピ
ード）表示法の検討：ITE Technical Report Vol.20,N
o.58,PP.85〜90.CE'96-25(Nov,1996)」がある。この感
度表示法の中で採用された測定法は、「デジタルカメラ
が記録するデジタル値の中間域（良好な階調再現域）の
中に規定した所定値（提案値１０６．５／２５５）を与
えるような露光量」をもって感度を規定するものであ
る。この測定法を用いて求められた「感度」が同一のカ
メラは、測定基準に対応する所定の露光量で撮影する場
合には、同一のデジタル信号出力が得られる。

【０００９】なお、この提案がいわゆる「ＩＳＯ表示」
に相当するといえるかどうかについては、別の議論が必
要であるが、この文献における提案のような「感度」自
体は、「同じ明るさ（出力レベル）の画像を得るために
必要な露光量を示す指標」であるから極めて有意であ
る。また、以下の説明で特に断りなく感度と記した場合
は、この文献に記載される感度（但し、上記「所定値」
の数値は問わない。）を指すものとする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように使用者
の好みやシーンの状況に応じて階調特性を切り換えて階
調が選択される場合には、撮像系のゲインは一定のまま
であっても、その階調特性の変化によって上記感度が変
化してしまい、そのために得られる出力レベルが変化し
てしまう問題がある。

【００１１】詳述すれば、階調特性を変化させることか
ら、被写体の輝度分布全体に対して等しい出力レベルを
得ることは、もとより不可能である。しかしながら、被
写体の輝度分布の平均的な、或いは、代表的な部分につ
いて考えた場合、言い換えれば主要な被写体についてだ
け考えれば、これに対する出力レベルは、階調特性を切
り換えても変化しないようにすることが望ましい。とこ
ろが、従来のデジタルカメラは、このことを配慮してい
ないことから、上記したような出力レベルが大きく変化
してしまう問題がある。

【００１２】この発明は、上述した事情に鑑みなされた
ものであって、その目的は、階調特性を切り換えた場合
にも感度や出力レベルを一定に保つことのできる撮像装
置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、被写
体からの光線を受けて被写体画像が形成され、この画像
をオリジナル画像信号に変換する撮像素子と、第１及び
第２の階調モードの一方を指定する指定手段と、この指
定されたモードに従って前記撮像素子からのオリジナル
画像信号を出力画像信号に変換する変換手段であって、
前記出力画像信号は、第１階調モードの指定では、第１
階調特性曲線によって規定された第１の階調を有し、第
２階調モードの指定では、第２階調特性曲線によって規
定された第２の階調を有する変換手段と、及び前記指定
手段での一方モードの指定に従って前記変換手段に入力
されるオリジナル画像信号の平均的レベルを略一定レベ
ルの露出制御目標値に保つ調整手段と、から構成される
被写体を撮影する撮像装置において、前記第１及び第２
の階調特性曲線は、互いに交差し、この交差点の前記階
調変換特性の入力側における値は、前記露出制御目標値
にほぼ相当する撮像装置が提供される。

【００１４】また、この発明によれば、被写体からの光
線を受けて被写体画像を形成し、この画像をオリジナル
画像信号に変換する画像形成工程と、第１及び第２の階
調モードの一方を指定する指定工程と、この指定された
モードに従って前記オリジナル画像信号を出力画像信号
に変換する変換工程であって、前記出力画像信号は、第
１階調モードの指定では、第１階調特性曲線によって規
定された第１の階調を有し、第２階調モードの指定で
は、第２階調特性曲線によって規定された第２の階調を
有する変換工程と、及び前記指定工程での一方モードの
指定に従って前記変換工程におけるオリジナル画像信号
の平均的レベルを略一定レベルの露出制御目標値に保つ
調整工程と、から構成される被写体を撮影する撮像方法
において、前記第１及び第２の階調特性曲線は、互いに
交差し、この交差点の前記階調変換特性の入力側におけ
る値が前記露出制御目標値にほぼ相当させる撮像方法が
提供される。

【００１５】更に、この発明によれば、被写体からの光
線を受けて被写体画像を形成し、この画像をオリジナル
画像信号に変換する画像形成工程と、第１、第２及び第
３の階調モードの一方を指定する指定工程と、この指定
されたモードに従って前記オリジナル画像信号を出力画
像信号に変換する変換工程であって、前記出力画像信号
は、第１階調モードの指定では、第１階調特性曲線によ
って規定された第１の階調を有し、第２階調モードの指
定では、第２階調特性曲線によって規定された第２の階
調を有し、第３階調モードの指定では、第３階調特性曲
線によって規定された第２の階調を有する変換工程と、
から構成される被写体を撮影する撮像方法において、前
記第１、第２及び第３の階調特性曲線をほぼ同一の点に
おいて互いに交差させる撮像方法が提供される。

【００１６】更に、この発明によれば、被写体からの光
線を受けて被写体画像が形成され、この画像をオリジナ
ル画像信号に変換する撮像素子と、第１、第２及び第３
の階調モードの一方を指定する指定手段と、この指定さ
れたモードに従って前記撮像素子からのオリジナル画像
信号を出力画像信号に変換する変換手段であって、前記
出力画像信号は、第１階調モードの指定では、第１階調
特性曲線によって規定された第１の階調を有し、第２階
調モードの指定では、第２階調特性曲線によって規定さ
れた第２の階調を有し、第３階調モードの指定では、第
３階調特性曲線によって規定された第２の階調を有する
変換手段と、から構成される被写体を撮影する撮像装置
において、前記第１、第２及び第３の階調特性曲線は、
ほぼ同一の点において互いに交差する撮像装置が提供さ
れる。

【００１７】前述したように、複数の階調特性（ガン
マ）を切り換え可能なカメラにおいて、リニア系（ガン
マ入力側）で所定の目標値の露出制御を行うと、ガンマ
切り換えによって感度（出力信号レベル）が変わってし
まう。そこで、本発明では、複数のガンマ特性を持つ撮
像装置において、ガンマ入力側における露出制御目標値
（推奨平均露光レベル）が同一であり、その点で複数の
ガンマカーブがクロスするようにする。３つ以上の特性
を有する場合は、全てが共通のクロスポイントを持つよ
うにする。このような構成にすれば、ガンマ特性を切り
換えた場合にもクロスポイントにおける出力レベルは同
じとなり、このクロスポイント付近に関しては、階調特
性を切り換えた場合にも感度や出力レベルを一定に保つ
ことが可能となる。

【００１８】また、クロスポイントは、入力フルスケー
ルの１８〜２０％（±１／３ＥＶ）対応点とする。この
値は、被写体レンジの対数的中点付近であり、主要被写
体に対応する可能性が最大の領域が被写体レンジの対数
的中点付近であることから、最良の選択と言える。ま
た、特性を交差させつつレンジを確保するためにｋｎｅ
ｅ特性を持たせる。これにより、ガンマが大きい場合に
被写体再現域が狭くなるのを防ぐことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施形態に係るデジタルカメラの詳細を説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施形態に係るデジタ
ルカメラの回路構成を示すブロック図である。この図１
において、符号１０１は、被写体を撮影する為の各種レ
ンズからなる撮影レンズ系であり、１０２は、被写体に
応じてレンズ系１０１を駆動するためのレンズ駆動機構
であり、このレンズ駆動機構１０２によって撮影レンズ
系１０１が駆動されて被写体に撮影レンズ系１０１がフ
ォーカスされる。被写体からの反射光線は、レンズ系１
０１を介して露出制御機構１０３に含まれる絞りを介し
てＣＣＤ１０５に向けられる。露出制御機構１０３で
は、絞りが調整されてこの絞りを通過する光線が制御さ
れて露光量が制御される。絞りを通過した光線は、ロー
パス及び赤外カット用のフィルタ系１００及びメカシャ
ッタ１０４を通過してＣＣＤカラー撮像素子１０５に入
射され、このＣＣＤカラー撮像素子１０５の撮像面上に
被写体像が形成される。撮像素子１０５は、ＣＣＤドラ
イバ１０６によって駆動され、撮像面上の被写体像は、
画像信号に変換される。この画像信号は、画像信号の増
幅率、即ち、ゲインを制御するゲインコントロールアン
プ１０７Ａ及び増幅された画像信号をデジタル画像信号
に変換するＡ／Ｄ変換器等を含むプリプロセス回路１０
７で処理される。このデジタル画像信号は、色信号生成
処理，マトリックス変換処理，その他各種のデジタル処
理を行うためのデジタルプロセス回路１０８で処理さ
れ、カードインターフェース１０９を介してＣＦ等のメ
モリカード１１０に格納される。また、デジタルプロセ
ス回路１０８からの画像信号に基づいてＬＣＤ画像表示
系１１１でその画像が表示される。

【００２１】また、図１中の符号１１２は、図１に示し
た各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ
（ＣＰＵ）、符号１１３は、階調特性、即ち、γ特性を
指定する、実際には、標準モード、軟調モード或いは硬
調モードを設定するモード設定ＳＷ１１３Ａを含む各種
ＳＷからなる操作スイッチ系、１１４は、デジタルカメ
ラの操作状態及びモード状態等を表示するための操作表
示系、１１５はレンズ駆動機構１０２を制御するための
レンズドライバ、１１６は、撮影時に撮影光線を発光す
るストロボ、１１７は、露出制御機構１０３及びストロ
ボ１１６を制御するための露出制御ドライバ、１１８は
各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ（ＥＥ
ＰＲＯＭ）を示している。

【００２２】この実施形態に係るデジタルカメラにおい
ては、システムコントローラ１１２が統括的に各部を制
御している。特に、システムコントローラ１１２は、露
出制御機構１０３とＣＣＤドライバ１０６によるＣＣＤ
撮像素子１０５の駆動を制御して露光（電荷蓄積）を制
御している。ＣＣＤ撮像素子１０５からの画像信号の読
み出しも同様にシステムコントローラ１１２によって制
御されてプリプロセス回路１０７を介してデジタルプロ
セス回路１０８に画像信号が取り込まれる。さらに、シ
ステムコントローラ１１２の制御下で画像信号は、各種
信号処理を施された後にカードインターフェース１０９
を介してメモリカード１１０に記録される。なお、ＣＣ
Ｄ撮像素子１０５は、例えば縦型オーバーフロードレイ
ン構造のインターライン型でプログレッシブ（順次）走
査型のものが挙げられる。

【００２３】また、図１に示されるデジタルプロセス回
路１０８には、同一の画像信号に対して異なる階調特性
の画像信号を生成することができる階調変換部１０８Ａ
が設けられている。操作スイッチ１１３内のモード設定
ＳＷ１１３Ａで階調特性、即ち、γ特性が設定される
と、その設定されたモードの階調指定信号がシステムコ
ントローラ１１２に供給され、このシステムコントロー
ラ１１２がデジタルプロセス回路１０８の階調変換部１
０８Ａに対して変換されるべき階調、即ち、γ値を指定
することとなる。また、システムコントローラ１１２に
よる階調の指定に伴い、同様にデジタルプロセス回路１
０７のゲインコントロールアンプ１０７Ａでゲインが指
定された階調に従ってシステムコントローラ１１２の指
令で設定される。更に、システムコントローラ１１２か
ら露出制御ドライバ１１７に指定された階調の情報が与
えられ、露出制御ドライバ１１７により選択した階調特
性に応じて露出が制御される。

【００２４】図２は、図１に示されたデジタルカメラに
おいて制御可能な階調特性及び露出目標値を示すグラフ
である。この図２のグラフにおいては、説明を簡略化す
るために、入力デジタル値及び出力デジタル値は、とも
に８ビットデータを仮定し、図２中の実線は、標準モー
ドの階調（γ＝０．４５）の特性を示すグラフであり、
破線は、γ＝０．７のモードにおける階調特性を示すグ
ラフであり、一点鎖線は、γ＝１のモードにおける階調
（入力デジタル値に対する出力デジタル値が直線的な関
係となる。）の特性を示すグラフである。なお、図１に
示されるデジタルカメラでは、モード設定スイッチ１１
３Ａでデフォルトの「標準」から他の２つのモード（γ
＝０．７及びγ＝１）に切り換えて何れもγ値をも選択
できる。

【００２５】標準モード（γ＝０．４５）は、実際に
は、デジタルカメラの標準規格であるJEIDA DCF規格の
推奨特性：ｙ＝1.099×ｘ^0.45−0.099 である。（ただ
し、ｘ＝入力／２５５，ｙ＝出力／２５５であり、この
式は、ｘ≧0.018 に適用され、ｘ＜0.018 においてはｙ
＝4.5×ｘが適用される。）また、γ＝０．７は、ｙ＝
ｘ^0.7の特性及びγ＝１は、ｙ＝ｘの特性に相当してい
る。

【００２６】図１に示されるカメラでは、中央重点平均
測光で被写体の照度が測定され、測光値（信号レベル平
均値）が露出目標値に等しくなるように、演算又はフィ
ードバック制御により露出制御される。従って、フラッ
ト（無パターン）被写体の場合に得られる出力値が、露
出制御目標値に対応する。通常の露出条件における主要
被写体を想定する場合は、このようなフラット被写体を
もって代表或いは代用し得ることは周知である。

【００２７】デジタルプロセス回路１０８に取り込んだ
被写体に関する輝度情報をシステムコントローラ１１２
が解析（演算）することによって被写体輝度が測光さ
れ、この解析結果を基にしてシステムコントローラ１１
２が露出制御ドライバ１１７を介して露出制御機構１０
３或いはストロボ１１６を駆動することによって露出が
制御される。シャッタとして素子シャッタ機能を使用す
る場合はＣＣＤドライバ１０６でＣＣＤの駆動を制御す
ることによって実現することができる。

【００２８】図２に示すように、標準（γ＝０．４５）
の場合の露出制御ポイント４６は、最大入力デジタル値
２５５の１８％に相当している。この入力デジタル値４
６は、標準γにおける入力レンジの対数的中点にほぼ相
当している。再生系における理想的デガンマ（即ち、ト
ータルリニア）を仮定した場合には、この入力デジタル
値４６は、実際には、再生系の表示レンジの対数的中点
に相当する。この入力デジタル値４６に対応する出力デ
ジタル値は、図２から値１０４が相当している。

【００２９】尚、階調特性の中で、一般的に主要被写体
を撮影する場合に、被写体照度に対応する可能性が最も
多い領域は、被写体レンジの対数的中点付近である。こ
の領域は、数値的には白レベルと黒レベルの対数的中点
である１８％に相当することになる。ここで、白レベル
とは、拡散反射率が最高の被写体の反射率約９８％を想
定し、黒レベルとは、拡散反射率が最低の被写体の反射
率約３．３％を想定している。この知見に基づいて、写
真技術分野においては、以前から被写体を代表する標準
反射率の数値或いは評価用の標準反射版の反射率として
１８％が採用されている。

【００３０】但し、本発明者の検討によれば、実際の撮
影においては、上記最低反射率の数値を４％と仮定した
対数的中点値２０％を採用した方が良い結果をもたらす
場合も多く、この意味で露出制御ポイントの設定値とし
ては１８〜２０％程度が最良の結果を得るための設定目
標値（狙い値）ということができる。

【００３１】ここで、上記は被写体レンジに関して考察
されているが、これは撮像−表示系が仮定する理想的な
ガンマ変換（即ちトータルリニア）を仮定すればこれは
「出力装置（表示装置）」における最終的な光出力階調
（表示レンジ）においても同様の意味を有している。実
際には出力像を観察する場合の視覚特性に関して、ウェ
ーバーの法則或いはフェヒナーの法則に支配される刺激
強度に対する対数的認識特性を前提に、上記「対数的中
点」が好ましいとされている。

【００３２】この意味では、露出制御目標値は、（トー
タルリニアを仮定した）標準的階調変換特性においては
変換入力側（被写体比例信号）の値（上記１８〜２０
％）を基準とすべきであるが、これから任意の変換特性
に切り換えた場合はむしろ標準特性時においてこれに対
応する変換出力側（ガンマ後信号）の値を基準に用いる
ことが望ましい。

【００３３】また、現実のカメラにおいては、種々の誤
差要因があり、また製品評価における許容限界にはある
程度の自由度があることも併せて、上記設定目標値に対
して概ね±１／３ＥＶの範囲（即ち１８％−１／３ＥＶ
＝１４．３％以上、２０％＋１／３ＥＶ＝２５．２％以
下）にある設定値までは本発明の数値限定範囲に含まれ
るものであることを付言する。なお、±１／３ＥＶは、
例えばＪＩＳやＩＳＯなどの規格においても、当該分野
における標準的許容誤差範囲として多く採用されている
数値である。尚、念のため付け加えれば、さらに誤差が
±０．１ＥＶ以下であれば、当該分野においてほとんど
全ての場合に、何の条件も無く同一視され得ることは明
らかである。

【００３４】このように制御することによって、主要被
写体（測光値によって代表される被写体）は、標準的階
調特性における撮像時とほぼ同じ出力輝度域、即ち出力
装置（表示装置）における表示レンジの対数的中点付近
に輝度が分布する画像として再現される。

【００３５】さて、モードが切り換えられると、露出制
御目標値は、モード切り換えに対応してそれぞれの値７
１，１０４に切り換えられる。即ち、γ＝０．７につい
ての目標値ｓは、（１０５／２５５）＝（ｓ／２５５）
^0.７の解として７１が求まり、γ＝１については、ｙ＝
ｘであるから、出力対応値そのまま１０４である。この
とき、露出制御制御目標値は、入力レンジの対数的中点
には対応しなくなるが、主要被写体（測光値によって代
表される被写体）の出力レベルは、変化されない。

【００３６】このように本実施形態によれば、ガンマ値
に対する複数の制御目標値（ガンマ出力値が同一とな
る）を予め設定し、ガンマ特性を切り換える際に、ガン
マ入力側でガンマ値に対応して露出を制御し、複数の制
御目標値を切り換えることにより、画像信号の平均的レ
ベルをほぼ一定に保つようにしている。このため、ガン
マが切り換えられても平均的露光に対する出力レベルが
同一になるような露出制御を行うことができ、その有用
性は極めて大である。

【００３７】より具体的に上述したγ特性の切り替えに
ついて図３及び図４を参照して説明する。なお、以下特
記無い限りゲインコントロールアンプ１０７Ａの増幅値
は固定されているものとする。

【００３８】図３および図４は、実際の撮像に先だって
行なわれるγ特性の設定制御およびこれに対応した露出
目標値の設定制御を説明するフローチャートであり、カ
メラの動作全体の制御フロー（メインフロー）において
適時に呼び出されて実行されるサブフロー（プログラム
におけるサブルーチンに相当）の形式で表現されてい
る。

【００３９】ユーザによるγの指定は、これらのサブフ
ローの実行以前にモード設定スイッチ１１３Ａによって
行なわれており、その指定された設定パラメータ（γ
Ａ、γＢ、γＣのいずれか）が図示しないメモリに格納
されているものとする。また、ユーザが意図的にγを指
定しない場合にはデフォルト設定γＣが採用される。な
お、本カメラにおいてデフォルト設定γＣとしては先に
説明した図２における標準γ（＝０．４５）が用いられ
るものとする。

【００４０】γ特性の設定は、図３に従って次のように
行なわれる。すなわちシステムコントローラ１１２は、
上記メモリに格納されたγ設定パラメータを読み出し、
ステップＳ２におけるチェックでγ＝γＡが判定されれ
ば、ステップＳ５においてデジタルプロセス回路１０８
の階調変換部１０８Ａの変換特性を、γＡに対応した特
性（図２におけるγ＝１の特性）に設定する。ステップ
Ｓ２においてγ＝γＡが判定されない場合は、次のステ
ップＳ３におけるチェックでγ＝γＢが判定されれば、
ステップＳ６においてデジタルプロセス回路１０８階調
変換部１０８Ａの変換特性を、γＢに対応した特性（図
２におけるγ＝０．７の特性）に設定する。ステップＳ
３においてγ＝γＢが判定されない場合は、ステップＳ
４においてデジタルプロセス回路１０８の階調変換部１
０８Ａの変換特性を、γＣに対応した標準γ特性（図２
におけるγ＝０．４５の特性）に設定する。そしていず
れの場合も最終的にはステップＳ７によりこのサブフロ
ーを終了して、メインフローの所定のステップに戻され
る。

【００４１】ガンマ値が設定されると、図４に示す露出
の目標値の設定処理が開始される。すなわち、システム
コントローラ１１２は、ステップＳ１２におけるチニッ
クでγ＝１が判定されれば、ステップＳ１５において
（入力デジタル値における）露出の目標値を１０４に設
定する。ステップＳ１２においてγ＝１が判定されない
場合は、次のステップＳ１３におけるチェックでγ＝
０．７が判定されれば、ステップＳ１６において（入力
デジタル値における）露出の目標値を７１に設定する。
ステップＳ１３においてγ＝０．７が判定されない場合
は、ステップＳ１４において（入力デジタル値におけ
る）露出の目標値を４６に設定する。これらいずれの値
も、その時設定された各階調特性においては出力デジタ
ル値１０４に対応している。そしていずれの場合も最終
的にはステップＳ１７によりこのサブフローを終了し
て、メインフローの所定のステップに戻される。

【００４２】なお、上記実施形態においてはプリプロセ
ス回路１０７中のゲインコントロールアンプ１０７Ａの
ゲインを固定していたが、露出制御方法として、通常の
提供素子における蓄積電荷量を調節する方法以外に、ゲ
インコントロールアンプ１０７Ａを用いて、リニア系に
おける回路ゲインを可変する方法を、単独でまたは併せ
用いるようにしても良い。上述したように入力デジタル
値１０４、７１、４６のいずれかが（目標値として）設
定されると、図１に示されるシステムコントローラ１１
２は設定された入力デジタル値を制御目標として露出制
御を実行するように露出制御ドライバ１１７をセットす
ることとなる。また、システムコントローラ１１２は、
上述の通りデジタルプロセス回路１０８の階調変換部１
０８Ａに対してモード設定スイッチ１１３Ａでユーザに
よってセットされた階調、即ち、γで入力デジタル画像
信号を出力デジタル画像信号に変換する処理を実行する
ようにこのデジタルプロセス回路１０８を設定する。

【００４３】撮影が開始されると、設定された階調特性
に従って、露出制御機構１０３が制御されて上記露出目
標値に基づいた適正露光で被写体の画像がＣＣＤ１０５
で撮影される。このＣＣＤ１０５からの画像信号は、プ
リプロセス回路１０７を経た後デジタルプロセス回路１
０８の階調変換部１０８Ａで所定のγ変換処理を受けて
目標とするデジタル出力値をその中心的な出力値とする
画像信号に変換されてメモリカード１１０に格納され、
また、ＬＣＤ１１１に供給されてＬＣＤ１１１に表示さ
れる。

【００４４】以上のように、一連の処理によって、ユー
ザが階調特性を替えてユーザの好みに応じた撮影をする
場合にあっても、入力デジタル値の露出目標値が変更さ
れて出力の中心点が一定の基準点に維持された状態で、
ユーザの好みに応じた階調特性を有する被写体像に対応
した出力がデジタルプロセス回路１０８から出力され
る。

【００４５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。本実施形態では、露出制御をガンマ
入力側で行ったが、目標値を１０４と固定してガンマ出
力側で行うことも可能である。この場合、出力特性の制
御が単純化できる。但し、被写体の平均演算においてガ
ンマ値の影響が生ずる虞がある。

【００４６】図５は、この発明の他の実施形態に係る階
調特性及び露出目標値の制御系を説明する為のグラフで
ある。この図５においては、説明を簡素化するために入
出力デジタルデータは、共に８ビットデータを仮定して
いる。図中の実線は、標準（γ＝０．４５）、破線は、
γ＝０．７（ｋｎｅｅ付き）、一点鎖線はγ＝１（ｋｎ
ｅｅ付き）の場合のグラフを示している。既に説明した
実施形態と同様に、この実施形態に係るデジタルカメラ
では、モード設定スイッチ１１３Ａにおいて、デフォル
トの「標準」から他の２つのモード（γ＝０．７、γ＝
１）のいずれかに選択的に切替てこれらのモードに設定
できる。

【００４７】既に説明したと同様に、標準γ＝０．４５
は実際には、デジタルカメラの標準規格である JEIDA D
CF規格の推奨特性：ｙ＝1.099×ｘ^0.45−0.099 であ
る。（ただし、ｘ＝入力／２５５，ｙ＝出力／２５５で
あり、上記式はｘ≧0.018 に適用され、ｘ＜0.018 にお
いてはｙ＝4.5×ｘが適用される。）この実施形態で
は、図５に示されるようなγ変換特性で入力画像信号を
出力画像信号に変換する特性を図１に示される階調変換
部１０８Ａに与えている。この図５に示されるγ特性で
は、γ＝１，０．７及び０．４５のグラフのいずれも、
ある露出制御ポイント（入力デジタル値４６及び出力デ
ジタル値１０４）を通るように図２に示されるγ特性の
グラフに夫々係数が乗じられている。換言すれば、γ＝
１，０．７及び０．４５のグラフがある露出制御ポイン
トで交差するように図２に示されるγ特性のグラフに夫
々係数が乗じられている。

【００４８】ｙ＝２．２６０９×ｘｙ＝１．３５２５×ｘ^0.7 単に図２に示されるγ特性のグラフに夫々係数を乗じる
場合には、被写体再現域が狭くなってしまう。そこで、
図５に示すグラフでは、主要被写体の階調領域に対応す
る上記交差点付近の領域よりも信号値が充分大きい領域
であるｙ＞0.75（出力値デジタル値１９２以上）につい
ては、いわゆるｋｎｅｅ（ニー）特性を与えて、主要被
写体（即ち交差点付近の領域）に対してはハイコントラ
ストであるが、高レベル領域のみ圧縮をかけることで再
現域を確保するように特性を工夫している。

【００４９】ガンマ変換部１０８Ａの入力側、所謂リニ
ア系と称せられる回路部で制御目標値が常にデジタル値
４６となるように露出が制御される。このときモードを
切り換えても感度は変わらず、感度測定基準点が１０４
に維持され、従って、主要被写体の出力レベルにおける
階調の中心レベルは、変化されない。

【００５０】この場合図１に示されるシステムにおいて
は、先の実施例と同様に露出制御は、システムコントロ
ーラ１１２によって露出制御ドライバ１１７のパラメー
タが設定されることにより実現されるが、制御目標値
は、デジタル値４６に固定的に設定され、γが切り換わ
っても変化させない。また、γ値の設定は、図３に示し
たと同様の手順で設定される。但し、γＡ、γＢに対応
した特性は、それぞれ図５におけるγ＝１，γ＝０．７
の特性となる。

【００５１】なお、この例では３つの特性曲線の各交差
点は完全に一致しているが、この一致は「事実上の一
致」であれば目的を達成することができ充分であること
は言うまでも無い。即ち、例えば上記例では３特性の交
差を取り扱っているから、このうち２特性相互について
交差点が１つ生じる場合には交差点は計３点生じ得る
が、この３点が十分に近接していれば、上記「一致」と
全く同様の効果を発揮するものである。

【００５２】従ってまた、本発明における「共通の特性
曲線交差点（１つの入力値が、選択された特性に係らず
同一の出力値に変換されるような点）」とはこのような
場合をも含んだ「共通の」であり「同一」を意味するこ
とは当然である。また、この場合、事実上の一致の判断
に関しても、先の場合と同様に概ね±１／３ＥＶの範囲
（相対％表示で、−２０．６％、＋２６．０％）が基準
となり得る。（あるいは±０．１ＥＶ以下であればさら
に望ましいことは勿論である。）上記のように特性曲線
の交差点を表示上の「感度」の測定点に一致させれば、
測定，表示上の感度を不変に保つことができる。この観
点のみに着目した場合、露出目標値をこの点に合わせる
ことは必須では無い。

【００５３】つまり、露出制御目標値を特性交差点から
ずらせば出力レベルは変動するが、それとは無関係に少
なくとも測定，表示上の「感度」は一定に保たれるか
ら、これは「露出目標値の設定による出力レベルの一定
化」とは異なる独立の効果を有していると言える。

【００５４】また、出力レベルを一定に保つことに対し
ての作用に着目したときも、露出制御目標値の設定を特
性交差点近傍に設定すれば、仮に若干の設定ずれを含ん
だとしても、交差点の近傍であるから出力レベル変動は
小さく、実用上無視できる程度に納められる可能性が高
くなることになる。

【００５５】そして、特性交差点を感度測定基準点に設
定した上で、さらに上記実施例のようにその点に露出目
標値を一致させれば、感度不変と出力レベル不変が完全
に両立することになり、極めて効果的である。

【００５６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、デジタルカメラは自
動露出機能を有しているものであったが、これに限らず
マニュアル露出のみを有したカメラであってもよい。こ
の場合、複数の特性曲線の共通の交差点に相当する被写
体露光量或いは出力レベルをそれぞれ「推奨平均露光
量」「推奨平均露光レベル」としてカメラの使用者（撮
影者）に対して提示することによって、撮影者は例えば
単体露出計や単独調光機能付き外部ストロボを用いて良
好な撮影を行うことができ、その際、露出計やストロボ
の設定を、階調特性によって切り換える必要が無いとい
う効果を有する。

【００５７】また、実施形態では、プログレッシブ型の
ＣＣＤ撮像素子を用いている場合について説明したが、
信号読み出し方式はこれに限らず、インターレース型で
あっても良く、さらにＣＣＤに限らず各種の固体撮像素
子を用いることができる。また、本発明は必ずしもデジ
タルカメラに限るものではなく、ムービーカメラに適用
することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上のようにこの発明の撮像装置によれ
ば、階調特性を切り換えた場合にも感度や出力レベルを
一定に保つことのできる。

【００５９】より具体的には、撮像装置内回路における
一連の処理によって、ユーザが階調特性を替えてユーザ
の好みに応じた撮影をする場合にあっても、入力デジタ
ル値の露出目標値が変更されて出力の中心点が一定の基
準点に維持された状態で、ユーザの好みに応じた階調特
性を有する被写体像に対応した出力を出力することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わるデジタルカメラの
回路を概略的に示すブロック図である。

【図２】図１に示した階調変換部で利用される階調特性
曲線であって、階調特性と露出目標値との関係を説明す
る為の階調特性曲線を示すグラフである。

【図３】図１に示されたデジタルカメラおけるγ値を選
択的に設定する場合における設定手順を示すフローチャ
ートである。

【図４】図１に示されたデジタルカメラおけるγ値を選
択的に設定する場合における露出目標の設定手順を示す
フローチャートである。

【図５】同様に図１に示した階調変換部で利用される階
調特性曲線であって、階調特性と露出目標値との関係を
説明する為の階調特性曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１００…フィルタ系１０１…レンズ系１０２…レンズ駆動機構１０３…露出制御機構１０５…ＣＣＤカラー撮像素子１０６…ＣＣＤドライバ１０７…プリプロセス部１０８…デジタルプロセス部１０９…カードインターフェース１１０…メモリカード１１１…ＬＣＤ画像表示系１１２…システムコントローラ（ＣＰＵ）１１３…操作スイッチ系１１４…操作表示系１１５…レンズドライバ１１６…ストロボ１１７…露出制御ドライバ１１８…不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5B047 AB02 BA03 BB04 DA10 DC13 5C021 XA03 XA33 XA34 5C022 AA13 AB03 AB15 AB17 AC42 AC69 5C077 MM03 MP01 NN19 PP15 TT09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体からの光線を受けて被写体画像が形
成され、この画像をオリジナル画像信号に変換する撮像
素子と、第１及び第２の階調モードの一方を指定する指定手段
と、この指定されたモードに従って前記撮像素子からのオリ
ジナル画像信号を出力画像信号に変換する変換手段であ
って、前記出力画像信号は、第１階調モードの指定で
は、第１階調特性曲線によって規定された第１の階調を
有し、第２階調モードの指定では、第２階調特性曲線に
よって規定された第２の階調を有する変換手段と、及び
前記指定手段での一方モードの指定に従って前記変換手
段に入力されるオリジナル画像信号の平均的レベルを略
一定レベルの露出制御目標値に保つ調整手段と、から構成される被写体を撮影する撮像装置において、前記第１及び第２の階調特性曲線は、互いに交差し、こ
の交差点の前記階調変換特性の入力側における値は、前
記露出制御目標値にほぼ相当する撮像装置。
【請求項２】前記特性曲線の交差点は、前記階調変換特
性の入力側の値において、最大信号レベルの１８〜２０
％に対応するように定められている請求項１に記載の撮
像装置。
【請求項３】前記第１及び及び第２の階調特性曲線のう
ち少なくとも１つは、前記特性曲線の交差点よりも信号
値が大きい領域にニーポイントが設定されたニー特性を
有する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】被写体からの光線を受けて被写体画像が形
成され、この画像をオリジナル画像信号に変換する撮像
素子と、第１、第２及び第３の階調モードの一方を指定する指定
手段と、この指定されたモードに従って前記撮像素子からのオリ
ジナル画像信号を出力画像信号に変換する変換手段であ
って、前記出力画像信号は、第１階調モードの指定で
は、第１階調特性曲線によって規定された第１の階調を
有し、第２階調モードの指定では、第２階調特性曲線に
よって規定された第２の階調を有し、第３階調モードの
指定では、第３階調特性曲線によって規定された第２の
階調を有する変換手段と、から構成される被写体を撮影する撮像装置において、前記第１、第２及び第３の階調特性曲線は、ほぼ同一の
点において互いに交差する撮像装置。
【請求項５】前記特性曲線の交差点は、前記階調変換特
性の入力側の値において、最大信号レベルの１８〜２０
％に対応するように定められている請求項４に記載の撮
像装置。
【請求項６】前記第１、第２及び第３の階調特性曲線の
うち少なくとも１つは、前記特性曲線の交差点よりも信
号値が大きい領域にニーポイントが設定されたニー特性
を有する請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】被写体からの光線を受けて被写体画像を形
成し、この画像をオリジナル画像信号に変換する画像形
成工程と、第１及び第２の階調モードの一方を指定する指定工程
と、この指定されたモードに従って前記オリジナル画像信号
を出力画像信号に変換する変換工程であって、前記出力
画像信号は、第１階調モードの指定では、第１階調特性
曲線によって規定された第１の階調を有し、第２階調モ
ードの指定では、第２階調特性曲線によって規定された
第２の階調を有する変換工程と、及び前記指定工程での
一方モードの指定に従って前記変換工程におけるオリジ
ナル画像信号の平均的レベルを略一定レベルの露出制御
目標値に保つ調整工程と、から構成される被写体を撮影する撮像方法において、前
記第１及び第２の階調特性曲線は、互いに交差し、この
交差点の前記階調変換特性の入力側における値が前記露
出制御目標値にほぼ相当させる撮像方法。
【請求項８】前記特性曲線の交差点は、前記階調変換特
性の入力側の値において、最大信号レベルの１８〜２０
％に対応するように定められている請求項７に記載の撮
像方法。
【請求項９】前記第１及び及び第２の階調特性曲線のう
ち少なくとも１つは、前記特性曲線の交差点よりも信号
値が大きい領域にニーポイントが設定されたニー特性を
有する請求項７に記載の撮像方法。
【請求項１０】被写体からの光線を受けて被写体画像を
形成し、この画像をオリジナル画像信号に変換する画像
形成工程と、第１、第２及び第３の階調モードの一方を指定する指定
工程と、この指定されたモードに従って前記オリジナル画像信号
を出力画像信号に変換する変換工程であって、前記出力
画像信号は、第１階調モードの指定では、第１階調特性
曲線によって規定された第１の階調を有し、第２階調モ
ードの指定では、第２階調特性曲線によって規定された
第２の階調を有し、第３階調モードの指定では、第３階
調特性曲線によって規定された第２の階調を有する変換
工程と、から構成される被写体を撮影する撮像方法において、前記第１、第２及び第３の階調特性曲線をほぼ同一の点
において互いに交差させる撮像方法。
【請求項１１】前記特性曲線の交差点は、前記階調変換
特性の入力側の値において、最大信号レベルの１８〜２
０％に対応するように定められている請求項１０に記載
の撮像方法。
【請求項１２】前記第１、第２及び第３の階調特性曲線
のうち少なくとも１つは、前記特性曲線の交差点よりも
信号値が大きい領域にニーポイントが設定されたニー特
性を有する請求項１０に記載の撮像方法。