JP2005252711A

JP2005252711A - デジタルスチルカメラを用いた撮影システム、及び撮影制御方法

Info

Publication number: JP2005252711A
Application number: JP2004061085A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kubo; 雅裕久保
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-15
Also published as: US20050195291A1

Abstract

【課題】ユーザが意図した通りの主階調に近く、且つ白飛び又は黒つぶれを軽減させた階調の画像データを得る撮影システム、及び撮影制御方法を提供すること。
【解決手段】ＰＣ１２のモニタ１６に表示されたＧＵＩ１００を介してユーザが設定した撮影条件よりも、露出を絞るようにＰＣ１２が調整した撮影条件をＤＳＣ１０に設定し、その撮影条件で取得された静止画像データに対して、階調を圧縮するハイパートーン処理と、ユーザが設定した撮影条件の主階調に戻す階調変換処理とを行うか、もしくはＳ字特性を持たせた階調変換処理を行うことにより、ユーザが意図した通りの主階調に近く、且つ白飛び又は黒つぶれを軽減させた階調の画像データを得る。
【選択図】図７

Description

本発明は、デジタルスチルカメラの撮影条件を、外部制御装置を介してユーザが任意に設定しながら撮影を行う撮影システムに関する。

ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子によって被写体を撮影し、デジタルの静止画像データを取得するデジタルスチルカメラが普及している。

このようなデジタルスチルカメラのうち、例えば、スタジオで人物や商品などを撮影するためにプロカメラマンが用いるハイエンドモデルのデジタルスチルカメラは、ＩＥＥＥ１３９４などの通信インタフェースによってパーソナルコンピュータ（外部制御装置）に接続され、このパーソナルコンピュータを介して絞り量やシャッタスピードなどの撮影条件をユーザ（オペレータ）が任意に設定するとともに、遠隔制御で撮影を実行させる機能を有している。また、デジタルスチルカメラが取得した静止画像データはパーソナルコンピュータに転送され、例えば、シャープネス補正や彩度補正などの画像処理を行うことによって、ユーザの好みに応じた画像を作成することができる。

ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子は、一般的に写真フィルムなどと比較して輝度信号の再現能力を表すダイナミックレンジ（再現可能な輝度信号の最小値と最大値の比率）が狭いという問題がある。そして、撮影者は人物などの主要被写体の明るさを基準として露出を定めるため、明るい部分がハイライト気味となってしまう。このため、高輝度域の画素が白く飛んでしまう白飛びが発生しやすい。また、いったん白飛びが生じてしまうと、撮影後の画像処理で元の色に補正することができなくなる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、写真フイルムに比べてダイナミックレンジの狭いデジタルスチルカメラを用いた撮影において、白飛びの発生を抑える撮影システム、及び撮影制御方法を提供することを目的とする。

更に、低輝度域の画素が黒くつぶれてしまう黒つぶれの発生を抑えた撮影システム、及び撮影制御方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の撮影システム、及び撮影制御方法は、被写体像を光電変換した被写体画像に対応する静止画像データを取得するデジタルスチルカメラと、このデジタルスチルカメラに接続され、オペレータにより操作可能な外部制御装置とを備え、オペレータにより設定された第１露出条件よりも、露出を絞るように調整した第２露出条件を前記外部制御装置で作成し、この第２露出条件を前記デジタルスチルカメラに送ることを特徴とする。

また、前記第２露出条件に基づいて得られた被写体画像に対し、前記第１露出条件に基づき得られる被写体画像と中輝度域における階調特性がほぼ同じになるように、前記外部制御装置で画像処理を行うことが好ましい。

なお、前記デジタルスチルカメラが、前記第２露出条件に基づいて得られた被写体画像に対し、前記第１露出条件に基づき得られる被写体画像と中輝度域における階調特性がほぼ同じになるように、被写体画像の低輝度域と高輝度域とを抑え、中輝度域が立つようにしたＳ字特性を持たせた階調変換処理を行うようにしてもよい。

本発明の撮影システム、及び撮影制御方法によれば、被写体像を光電変換した被写体画像に対応する静止画像データを取得するデジタルスチルカメラと、このデジタルスチルカメラに接続され、オペレータにより操作可能な外部制御装置とを備え、オペレータにより設定された第１露出条件よりも、露出を絞るように調整した第２露出条件を外部制御装置で作成し、この第２露出条件を前記デジタルスチルカメラに送ることにより、高輝度域が抑えられ、白飛びを軽減させた被写体画像を得ることができる。

また、第２露出条件に基づいて得られた被写体画像に対し、第１露出条件に基づき得られる被写体画像と中輝度域における階調特性がほぼ同じになるように、外部制御装置で画像処理を行うことにより、見かけ上、ユーザが意図した撮影条件に対応する階調に近く、且つ白飛びを抑えた階調の被写体画像を得ることができる。

また、デジタルスチルカメラが、第２露出条件に基づいて得られた被写体画像に対し、第１露出条件に基づき得られる被写体画像と中輝度域における階調特性がほぼ同じになるように、被写体画像の低輝度域と高輝度域とを抑え、中輝度域が立つようにしたＳ字特性を持たせた階調変換処理を行うことによっても、見かけ上、ユーザが意図した撮影条件に対応する階調に近く、且つ白飛びを抑えた階調の被写体画像を得ることができる。

［第１実施形態］
図１は、撮影システム２の構成を示す説明図である。撮影システム２は、デジタルスチルカメラ（以下、ＤＳＣと称す）１０と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称す）１２から構成され、それらが通信ケーブル２４を介して接続されている。ＤＳＣ１０の制御プログラムや各種の画像処理プログラムがインストールされたＰＣ１２は、本体１４と、モニタ１６と、キーボード１８及びマウス２０などの入力装置２２からなり、ＤＳＣ１０に絞り量やシャッタスピードなどの撮影条件をユーザが任意に設定して撮影を実行させ、取得した静止画像データに対してガンマ補正やシャープネス補正などの画像処理を行うことができる。

図２に示すように、ＰＣ１２の本体１４は、ＣＰＵ３０、通信インタフェース３２、ＲＡＭ３４、及びハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと称す）３６から構成される。通信インタフェース３２は、通信ケーブル２４を介してＤＳＣ１０と接続され、ユーザが設定した各種の撮影条件や制御コマンドをＤＳＣ１０に送信するとともに、ＤＳＣ１０が取得した静止画像データを受信する。なお、この通信インタフェース３２には、ＲＳ−２３２ＣやＵＳＢ、及びＩＥＥＥ１３９４などの、公知の通信インタフェースを用いることができる。また、ＤＳＣ１０から送られる静止画像データのフォーマットは、ＣＣＤイメージセンサが取得したアナログの信号を、Ａ／Ｄコンバータによってデジタルの信号に変換したＣＣＤ−ＲＡＷデータの形式でもよいし、このＣＣＤ−ＲＡＷデータをＤＳＣ１０の内部でＪＰＥＧやＴＩＦＦなどの汎用的な画像ファイルの形式に変換して送ってもよいものとする。

ＲＡＭ３４は、ＣＰＵ３０が処理を実行する際の作業用メモリである。ＨＤＤ３６には、ＤＳＣ１０を制御するための制御プログラムや、取得した静止画像データを加工する各種の画像処理プログラム、及び完成した静止画像などが格納されている。画像処理プログラムとしては、例えば、静止画像から抽出した低周波輝度成分の高輝度域と低輝度域とを圧縮するハイパートーン処理プログラム３８や、階調変換条件に従って静止画像の階調を変換する階調変換処理プログラム４０などがあり、ＣＰＵ３０は、これらのプログラムや入力装置２２を介して入力されたユーザの指示に応じて各種の処理を行う。

図３に示すように、ＤＳＣ１０を制御するための制御プログラムは、モニタ１６に表示されるＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）１００を採用しており、マウス２０に連動してモニタ１６の上を移動するポインタ１０２で所定の位置を指し示し、マウス２０をクリック又はドラッグすることにより、各種の操作指示を行うことができる。このＧＵＩ１００には、ＤＳＣ１０の撮影条件を設定するためのスライドバー１０６〜１１２が設けられており、ユーザの好みに応じて設定することが可能となっている。なお、本実施形態においては、スライドバー１０６〜１１２で設定される撮影条件として、例示的にズーム、フォーカス、シャッタスピード、絞り量（Ｆ値）を用意しているが、これに留まらず、その他の撮影条件を追加してもよい。

次に、ユーザが撮影ボタン１１６をクリックすることに応答して、ＣＰＵ３０は、スライドバー１０６〜１１２で設定された各種の撮影条件（請求項記載の第１露出条件に相当）から、白飛びを防止するために露出を絞るように調整した撮影条件（請求項記載の第２露光条件に相当）を作成し、作成した撮影条件をＤＳＣ１０に転送する。

転送された撮影条件を設定したＤＳＣ１０は、引き続いて撮影を実行し、静止画像データを取得する。取得した静止画像データはＰＣ１２に転送され、後述するハイパートーン処理と階調変換処理が行われてＨＤＤ３６に保存されるとともに、ビューウィンドウ１２２に表示される。

ＧＵＩ１００には上記の他に、撮影条件を初期値に戻すためのキャンセルボタン１１８や、取得した画像が所望の画像ではなかったときに、それを削除するための削除ボタン１２０などが設けられている。なお、本実施形態におけるＰＣ１２は、いわゆるデスクトップ型であるが、これに限らずノートブック型やタブレット型のＰＣなどを適用してもよい。また、ＧＵＩを用いずに、パネル上にスライド式のボリュームやダイヤル式のスイッチなどを配した専用の外部制御装置を用いてもよい。

前述の通り、ＤＳＣ１０に設定された撮影条件は、ＣＰＵ３０によって露出を絞るように調整されているため、取得した静止画像データをそのままビューウィンドウ１２２に表示してしまうと、ユーザが意図した画像よりも暗めの階調を持った画像が表示されるので、ユーザに違和感を与えてしまう。そこで、ハイパートーン処理プログラム３８によるハイパートーン処理と、階調変換処理プログラム４０による階調変換処理とを行うことによって、見かけ上、ユーザが意図した撮影条件に対応する階調に近く、且つ白飛びを抑えた階調の画像を得ることができる。

図４に、ハイパートーン処理プログラム３８の処理工程を模式的に表したブロック図を示す。ハイパートーン処理プログラム３８は、マトリクス演算（ＭＴＸ）５０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２、階調圧縮ルックアップテーブル（ＬＵＴ）５４、及び加算演算５６の処理工程からなる。ハイパートーン処理プログラム３８に静止画像データが送られると、ＭＴＸ５０が静止画像データの輝度成分Ｖ（Ｖ＝（赤色輝度成分Ｒ＋緑色画素成分Ｇ＋青色画素成分Ｂ）÷３）を求め、静止画像データの中から白飛びを起こす高輝度域と、黒つぶれを起こす低輝度域とを抽出する。次に、ＬＰＦ５２が輝度成分Ｖの低周波成分を抽出する。この低周波成分中の高輝度域を下げ、低輝度域を上げるように階調圧縮ＬＵＴ５４によって圧縮し、階調を圧縮した画像データと元の静止画像データとを加算演算５６によって合成することにより、静止画像の高輝度域及び低輝度域の階調を圧縮するハイパートーン処理が行われる。このハイパートーン処理では、低周波成分のみを圧縮することにより、画質の低下を招くことなく階調の圧縮を行うことができる。例えば、逆光のシーンで人物に階調を合わせて撮影を行うと、空などの背景が白飛びを起こす。この画像に対して前述のハイパートーン処理を実施すると、高周波成分にあたる人物の顔などはそのまま保存され、低周波成分にあたる空が圧縮されるので、人物と背景とに階調の合った良質な静止画像を得ることができる。

なお、階調圧縮ＬＵＴ５４における階調圧縮の条件は、以下のように決められる。本実施形態では、例として図５（ａ）に示すような階調圧縮条件の基本パターンが用意されている。この基本パターンは、画像の高輝度域に対する階調圧縮の条件を規定する傾きθ１と、画像の低輝度域に対する階調圧縮の条件を規定する傾きθ２がパラメータ（変数）とされている。

ハイパートーン処理の階調圧縮条件は、例えば、図５（ｂ）に示すような静止画像データの輝度分布曲線に対して、その中心輝度を基準として表現可能な輝度域を設定する。次に、設定した濃度域から逸脱している画素（白飛び又は黒つぶれを起こす画素）の数を高輝度域及び低輝度域についてそれぞれ求め、表現できない画素数が多くなるに連れて階調の圧縮度が高くなるように、すなわち静止画像データの輝度分布曲線が表現可能な輝度域に収まるように、前述の傾きθ１、θ２を決定する。これにより、静止画像データの内容に応じた階調圧縮条件が決定され、階調圧縮ＬＵＴ５４は、この階調圧縮条件に基づいて静止画像データの階調圧縮を行う。

階調変換処理プログラム４０は、図６に示すようなトーンカーブ（階調変換条件）を用いて静止画像データの階調変換処理を行う。ＣＰＵ３０が絞った露出量に応じて傾きθ３を調整することにより、ユーザが設定した露出量に階調を変換することができる。矢線Ａ部は、入力された輝度値に対して出力が飽和し、白飛びを起こしてしまうことを示している。すなわち、前述のハイパートーン処理プログラム３８において、この矢線Ａ部を圧縮することによって、ユーザが意図した撮影条件に対応する階調に近く、且つ白飛びや黒つぶれを軽減させた階調の画像を得ることができる。

以上のように、ハイパートーン処理と階調変換処理とが行われてユーザが意図した階調に変換された静止画像データは、ＨＤＤ３６の所定の場所に保存されるとともに、ビューウィンドウ１２２に表示される。

次に、上記構成による作用について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。図１のごとくセットアップされ、制御プログラムの起動指示が与えられたＰＣ１２のモニタ１６には、例えば、図３に示すようなＧＵＩ１００が表示され、ユーザは、このＧＵＩ１００に設けられたスライドバー１０６〜１１２を操作することによって、ＤＳＣ１０の様々な撮影条件を設定することができる。好みの撮影条件を設定したユーザが、撮影ボタン１１６をクリックしたことに応答して、ＣＰＵ３０は、スライドバー１０６〜１１２で設定された撮影条件から、白飛びを防止するために露出を絞るように調整した撮影条件を作成し、作成した撮影条件をＤＳＣ１０に転送する。

転送された撮影条件を設定したＤＳＣ１０は、引き続き撮影を実行して静止画像データを取得し、取得した静止画像データをＰＣ１２に転送する。

通信インタフェース３２を介して静止画像データを受け取ったＣＰＵ３０は、ハイパートーン処理プログラム３８を起動する。ハイパートーン処理プログラム３８では、先ずＭＴＸ５０が静止画像データの輝度成分Ｖを求め、静止画像データの中から高輝度域と低輝度域を抽出する。抽出した高輝度域と低輝度域との幅が、表現可能な輝度域に収まっている場合には、ハイパートーン処理を行わずに、静止画像データをＲＡＭ３４に記録する。また、抽出した高輝度域と低輝度域との幅が、表現可能な輝度域に収まっていない場合には、ハイパートーン処理による階調圧縮を行った後に、静止画像データをＲＡＭ３４に記録する。

ハイパートーン処理プログラム３８での処理が終了したことを確認したＣＰＵ３０は、次に階調変換処理プログラム４０を起動し、ＲＡＭ３４に記録された静止画像データを、階調変換処理プログラム４０にわたす。階調変換処理部４０は、所定のトーンカーブに基づいて階調変換を行い、静止画像データをユーザが意図した撮影条件に対応する階調に戻す。階調が戻された静止画像データは、ＨＤＤ３６に保存されるとともに、ビューウィンドウ１２２に表示される。

ビューウィンドウ１２２に表示された画像を確認したユーザは、この画像が所望した通りの画像ではなかった場合に削除ボタン１２０をクリックして保存された静止画像データを削除したり、別の画像処理プログラムを起動させて、例えば、シャープネス補正や彩度補正などの画像処理を行うことができる。なお、これらの画像処理プログラムと、前述のＤＳＣ１０を制御する制御プログラムなどを組み合わせて、一つのプログラム（ＧＵＩ）としてもよい。

［第２実施形態］
なお、ハイパートーン処理による階調圧縮を行う代わりに、図８に示すようにトーンカーブをＳ字型にした（以下、Ｓ字特性と称す）階調変換処理を行ってもよい。直線的なトーンカーブ２００が、矢線Ｂで示される高輝度域で、出力が飽和してしまっているのに対し、Ｓ字特性を持たせたトーンカーブ２０２では、矢線Ｂの区間でも異なる階調の出力を与えることができる。且つ、例えば人物など、対象とするものが必要とする階調の区間が矢線Ｃで表されるとき、直線的なトーンカーブ２００よりも階調の立った特性を得ることができる。また、矢線Ｄで示される低輝度域では、ＣＣＤイメージセンサの暗電流によるノイズ、いわゆるシャドウノイズが発生する。Ｓ字特性を持たせたトーンカーブ２０２では、この区間の立ち上がりをなまらせていることにより、シャドウノイズを抑えることができる。

なお、Ｓ字特性を持たせたトーンカーブに対応するＬＵＴを、ＤＳＣ１０に内蔵させ、ＤＳＣ１０が取得した静止画像データに対して階調変換まで行った後にＰＣ１２に転送する構成としてもよい。

なお、第１実施形態と第２実施形態との何れにおいても、ＣＰＵ３０が露出を調整する調整量の決め方は、ユーザが設定した値に対して常に一定の調整量を加えてもよいし、階調変換処理のトーンカーブのようにユーザが設定した値に対応する調整量を加えてもよい。また、テスト撮影で得られた静止画像データを基に、ＭＴＸ５０で求めた輝度成分Ｖから白飛び又は黒つぶれを解析し、適切な露出条件を算出するようにしてもよい。この際、算出した露出条件をモニタ１６などを介してユーザに通知することにより、例えば、ＤＳＣ１０単体で撮影を行う際に、その露出目安とすることができる。

また、テスト撮影で得られた静止画像データに白飛び又は黒つぶれが発生した際に、白飛び又は黒つぶれが発生した画素を、例えば、原色の緑や赤などの色（周囲の色と比較して判別しやすい色）に変換してユーザに通知し、ユーザが任意に撮影条件を変更しながら好みの撮影条件を見つけるようにしてもよい。

撮影システムの構成を示す説明図である。外部制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。ＧＵＩの構成を例示的に示す説明図である。ハイパートーン処理プログラムの処理工程を模式的に示すブロック図である。ハイパートーン処理に使用する階調圧縮条件と輝度分布との一例を各々示す線図である。階調変換処理に使用するトーンカーブの一例を示す線図である。撮影システムの動作を示すフローチャートである。第２実施形態に係るＳ字特性を持たせたトーンカーブの一例を示す線図である。

符号の説明

２撮影システム
１０デジタルスチルカメラ
１２パーソナルコンピュータ（外部制御装置）
２４通信ケーブル
３８ハイパートーン処理プログラム
４０階調変換処理プログラム
１００ＧＵＩ

Claims

被写体像を光電変換した被写体画像に対応する静止画像データを取得するデジタルスチルカメラと、このデジタルスチルカメラに接続され、オペレータにより操作可能な外部制御装置とを備え、絞り量とシャッタスピードの少なくとも何れかを含む露出条件を前記外部制御装置で設定し、前記デジタルスチルカメラに送られた前記露出条件に従い撮影を行うシステムにおいて、
前記外部制御装置は、オペレータにより設定された第１露出条件よりも、露出を絞るように調整した第２露出条件を作成し、この第２露出条件を前記デジタルスチルカメラに送ることを特徴とする撮影システム。
前記外部制御装置は、前記第２露出条件に基づいて得られた被写体画像に対し、前記第１露出条件に基づき得られる被写体画像と中輝度域における階調特性がほぼ同じになるように画像処理を行うことを特徴とする請求項１記載の撮影システム。
前記画像処理は、被写体画像から抽出した低周波輝度成分の高輝度域と低輝度域とを圧縮するハイパートーン処理と、階調変換条件に従って被写体画像の階調を変換する階調変換処理とからなることを特徴とする請求項２記載の撮影システム。
前記画像処理は、被写体画像の低輝度域と高輝度域とを抑え、中輝度域が立つようにしたＳ字特性を持たせた階調変換処理からなることを特徴とする請求項２記載の撮影システム。
前記デジタルスチルカメラは、前記第２露出条件に基づいて得られた被写体画像に対し、前記第１露出条件に基づき得られる被写体画像と中輝度域における階調特性がほぼ同じになるように、被写体画像の低輝度域と高輝度域とを抑え、中輝度域が立つようにしたＳ字特性を持たせた階調変換処理を行うことを特徴とする請求項１記載の撮影システム。
被写体像を光電変換した被写体画像に対応する静止画像データを取得するデジタルスチルカメラと、このデジタルスチルカメラに接続され、オペレータにより操作可能な外部制御装置とを備え、絞り量とシャッタスピードの少なくとも何れかを含む露出条件を前記外部制御装置で設定し、前記デジタルスチルカメラに送られた前記露出条件に従い撮影を行う撮影制御方法において、
オペレータにより設定された第１露出条件よりも、露出を絞るように調整した第２露出条件を前記外部制御装置で作成し、この第２露出条件を前記デジタルスチルカメラに送ることを特徴とする撮影制御方法。
前記第２露出条件に基づいて得られた被写体画像に対し、前記第１露出条件に基づき得られる被写体画像と中輝度域における階調特性がほぼ同じになるように、前記外部制御装置で画像処理を行うことを特徴とする請求項６記載の撮影制御方法。
前記画像処理は、被写体画像から抽出した低周波輝度成分の高輝度域と低輝度域とを圧縮するハイパートーン処理を行った後、階調変換条件に従って被写体画像の階調を変換する階調変換処理を行うことを特徴とする請求項７記載の撮影制御方法。
前記画像処理は、被写体画像の低輝度域と高輝度域とを抑え、中輝度域が立つようにしたＳ字特性を持たせた階調変換処理を行うことを特徴とする請求項７記載の撮影制御方法。