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JP2011199785A - Imaging apparatus and method - Google Patents

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JP2011199785A
JP2011199785A JP2010067013A JP2010067013A JP2011199785A JP 2011199785 A JP2011199785 A JP 2011199785A JP 2010067013 A JP2010067013 A JP 2010067013A JP 2010067013 A JP2010067013 A JP 2010067013A JP 2011199785 A JP2011199785 A JP 2011199785A
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Japan
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exposure
image
imaging
dynamic range
gradation conversion
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JP2010067013A
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Shiro Nakagawa
史朗 中川
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Olympus Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a dynamic range enlarged image in which noise amplification during gradation conversion is suppressed.SOLUTION: An identical exposure and image-capturing setting unit has: a gradation conversion curve calculation section 14 for calculating a gradation conversion curve for a dynamic range enlarged image generated by combining a plurality of sheets of differently exposed and captured images; an amplification factor calculation section 15 for calculating a contrast amplification factor from the gradation conversion curve; a luminance range selection section 16 for selecting a specific luminance range in the dynamic range enlarged image based on the contrast amplification factor; and an identical exposure and image-capturing a time number calculation section 19 for calculating the number of times of identical exposure and image-capturing based on an exposure condition corresponding to the luminance range among exposure conditions during different exposure and image-capturing and based on the luminance range and the contrast amplification factor. Identical exposure and image capturing performed under the condition set by the identical exposure and image-capturing setting unit 9, an image combining unit 5 combines the dynamic range enlarged image and a plurality of sheets of identically exposed and captured images, and a gradation converting unit 7 performs gradation conversion for the obtained combination image.

Description

本発明は、複数枚数の露光が異なる撮像画像を合成してダイナミックレンジ拡大画像を生成する撮像装置及び方法に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus and method for generating a dynamic range expanded image by combining a plurality of captured images with different exposures.

一般に、デジタルカメラ等の撮像装置に搭載される撮像素子のダイナミックレンジが、撮像範囲(フレーム)内の全被写体(以下「シーン」と記載する)の最高輝度と最低輝度の比、即ち、シーンのダイナミックレンジより狭い場合がある。この様な場合、撮像により得られた画像(撮像画像)においては、高輝度部分では白飛びが、低輝度部分では黒つぶれが発生する。この様な撮像画像は、撮像者が観察するシーンとは異なる。   In general, the dynamic range of an image sensor mounted on an imaging device such as a digital camera is the ratio of the highest luminance to the lowest luminance of all subjects within the imaging range (frame) (hereinafter referred to as “scene”), that is, It may be narrower than the dynamic range. In such a case, in an image (captured image) obtained by imaging, whiteout occurs in a high luminance part and blackout occurs in a low luminance part. Such a captured image is different from the scene observed by the photographer.

そこで、上述の様な撮像装置のダイナミックレンジの狭小さを解決する技術が、例えば特許文献1及び2に開示されている。特許文献1は、1つのシーンに対して露光量が異なる複数枚数の撮像画像を取得し、それらを合成して1枚の画像を作成することで広いダイナミックレンジの画像を得る技術を開示している。この技術は、複数回の撮像により実質的に画像のダイナミックレンジをシーンのダイナミックレンジより広くすることで、最終的に得られる画像での高輝度部分の白飛びや低輝度部分の黒つぶれを防ぐものである。また、特許文献2は、シーンに注目する被写体(注目被写体)が存在する場合、全撮像範囲に対する適性露出で取得した全撮像範囲画像と、注目被写体に対する適正露出で取得した注目被写体画像とを得て、注目被写体画像から当該注目被写体領域の部分画像を抽出し、その抽出した部分画像を全撮像範囲画像における当該注目被写体領域の部分画像と置換することで、注目被写体とその他被写体が共に適正露光となる画像を得る技術を開示している。   Therefore, for example, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for solving the narrow dynamic range of the imaging apparatus as described above. Patent Document 1 discloses a technique for obtaining a wide dynamic range image by acquiring a plurality of captured images with different exposure amounts for one scene and combining them to create a single image. Yes. This technology makes the dynamic range of the image substantially wider than the dynamic range of the scene by taking multiple shots, thereby preventing whiteout in the high-luminance area and blackout in the low-luminance area in the final image. Is. Further, Patent Document 2 obtains an entire imaging range image acquired with appropriate exposure for the entire imaging range and an attention subject image acquired with appropriate exposure for the attention subject when there is an object (attention subject) to be noted in the scene. Thus, by extracting a partial image of the target subject area from the target subject image and replacing the extracted partial image with the partial image of the target subject area in the entire imaging range image, both the target subject and the other subject are properly exposed. A technique for obtaining an image is obtained.

また一般に、撮像により得られた撮像画像に対して階調変換処理等の画像処理を実施することで、観察者がより自然な画像として観察できるようにした上で、保存用或いは表示等することが行われている。このとき、階調変換処理において、コントラストの増幅により低輝度部分のノイズが増幅されてしまう。そこで、このノイズ増幅の問題を解決する技術が、例えば特許文献3に開示されている。一般に同条件で撮像した画像を重ね合わせることでノイズを低減させることができる。そこで特許文献3に開示されている技術では、まず、階調変換処理において用いる階調変換曲線を微分して、コントラスト増幅率を算出し、その算出したコントラスト増幅率に基づき、同条件で撮像した画像の重ね合わせる枚数を設定する。そして、それらコントラスト増幅率に応じて設定した枚数の画像を合成する。この合成処理によって、ノイズの増幅が抑制された階調変換が行なわれる。   In general, image processing such as gradation conversion processing is performed on a captured image obtained by imaging so that an observer can observe the image as a more natural image, and the image is stored or displayed. Has been done. At this time, in the gradation conversion process, the noise in the low luminance part is amplified due to the contrast amplification. Therefore, for example, Patent Document 3 discloses a technique for solving this noise amplification problem. In general, noise can be reduced by superimposing images taken under the same conditions. Therefore, in the technique disclosed in Patent Document 3, first, a contrast conversion factor is calculated by differentiating a gradation conversion curve used in the gradation conversion process, and imaging is performed under the same conditions based on the calculated contrast amplification factor. Set the number of images to be superimposed. Then, a set number of images are synthesized according to the contrast amplification factors. By this synthesis processing, gradation conversion in which noise amplification is suppressed is performed.

特許第3394019号公報Japanese Patent No. 3394019 特開2008−172395号公報JP 2008-172395 A 特開2008−60855号公報JP 2008-60855 A

前記特許文献3に開示されているノイズ増幅抑制技術では、1回の撮像で得た1枚の画像の情報を用いてコントラスト増幅率を算出し、前記コントラスト増幅率に基づいて合成枚数を算出している。
従って、前記特許文献1又は2に開示されているダイナミックレンジを拡大する技術に、この特許文献3に開示されている技術を適用しようとすると、異なる露光条件で得た複数枚数の画像を合成して作成した1枚のダイナミックレンジ拡大画像の情報を用いてコントラスト増幅率を算出し、前記コントラスト増幅率に基づいて前記ダイナミックレンジ拡大画像の枚数を算出する必要がある。即ち、前記異なる露光条件で得た複数枚数の画像が、コントラスト増幅率に基づいて求めたセット数必要となる。しかしながら、多くの画像を得て合成画像を作成するには、例えば撮像時間、演算処理及び記憶媒体等の演算資源を多く要する。
In the noise amplification suppression technique disclosed in Patent Document 3, a contrast amplification factor is calculated using information of one image obtained by one imaging, and a composite number is calculated based on the contrast amplification factor. ing.
Therefore, when the technique disclosed in Patent Document 3 is applied to the technique for expanding the dynamic range disclosed in Patent Document 1 or 2, a plurality of images obtained under different exposure conditions are synthesized. It is necessary to calculate the contrast amplification factor using the information of one dynamic range expansion image created in this way, and to calculate the number of dynamic range expansion images based on the contrast amplification factor. In other words, a plurality of images obtained under the different exposure conditions require the number of sets obtained based on the contrast amplification factor. However, in order to obtain a large number of images and create a composite image, a large amount of calculation resources such as imaging time, calculation processing, and storage media are required.

そこで本発明は、露光条件が異なる複数枚数の撮影撮像画像を合成しダイナミックレンジ拡大画像を生成する撮像装置及び方法において、少ない撮像枚数により、階調変換時のノイズ増幅を抑制する撮像装置及び方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention relates to an imaging apparatus and method for generating a dynamic range expanded image by combining a plurality of captured images with different exposure conditions, and to suppress noise amplification during gradation conversion with a small number of images. The purpose is to provide.

前記目的を果たすため、本発明の撮像装置の一態様は、露光条件の異なる異露光撮像を複数回数行って複数枚数の異露光撮像画像を取得する異露光画像取得手段と、前記異露光撮像画像のそれぞれの撮像時の露光条件を記憶する露光条件記憶手段と、前記複数枚数の異露光撮像画像を合成してダイナミックレンジ拡大画像を生成するダイナミックレンジ拡大画像生成手段と、前記ダイナミックレンジ拡大画像について階調変換曲線を算出する階調変換曲線算出手段と、前記階調変換曲線からコントラスト増幅率を算出する増幅率算出手段と、前記コントラスト増幅率に基づいて、前記ダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択する輝度範囲選択手段と、前記輝度範囲に対応する露光条件を前記露光条件記憶手段より読み出す露光条件読出手段と、前記輝度範囲、前記コントラスト増幅率及び前記輝度範囲に対応する露光条件に基づいて、同露光撮像回数を算出する同露光撮像回数算出手段と、前記輝度範囲に対応する露光条件を用いて複数回数の同露光撮像を行って複数枚数の同露光撮像画像を取得する同露光画像取得手段と、前記ダイナミックレンジ拡大画像に前記複数枚数の同露光撮像画像を合成して合成画像を生成する画像合成手段と、前記合成画像に対し前記階調変換曲線に基づき階調変換を行う階調変換手段と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an aspect of the imaging apparatus according to the present invention includes a different exposure image acquisition unit configured to perform different exposure imaging with different exposure conditions a plurality of times to acquire a plurality of different exposure captured images, and the different exposure captured image. The exposure condition storage means for storing the exposure conditions at the time of imaging, the dynamic range enlarged image generating means for generating a dynamic range enlarged image by combining the plurality of different exposure captured images, and the dynamic range enlarged image A gradation conversion curve calculating unit for calculating a gradation conversion curve; an amplification factor calculating unit for calculating a contrast amplification factor from the gradation conversion curve; and a specific luminance in the dynamic range expanded image based on the contrast amplification factor Luminance range selection means for selecting a range, and exposure conditions corresponding to the luminance range are read from the exposure condition storage means. Light condition reading means, same exposure imaging number calculation means for calculating the same exposure imaging number based on the luminance range, the contrast amplification factor and the exposure condition corresponding to the luminance range, and an exposure condition corresponding to the luminance range The same exposure image acquisition means for acquiring a plurality of the same exposure captured images by performing a plurality of times of the same exposure imaging, and combining the plurality of the same exposure captured images with the dynamic range enlarged image to obtain a composite image. Image generation means for generating and gradation conversion means for performing gradation conversion on the composite image based on the gradation conversion curve.

また、前記目的を果たすため、本発明の撮像方法の一態様は、撮像手段によって露光条件の異なる異露光撮像を複数回数行って複数枚数の異露光撮像画像を取得し、前記異露光撮像画像撮像時の露光条件を記憶手段に記憶し、前記複数枚数の異露光撮像画像を合成してダイナミックレンジ拡大画像を生成し、前記ダイナミックレンジ拡大画像について階調変換曲線を算出し、前記階調変換曲線からコントラスト増幅率を算出し、前記コントラスト増幅率に基づいて、前記ダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択し、前記輝度範囲に対応する露光条件を前記記憶手段より読み出し、前記輝度範囲、前記コントラスト増幅率及び前記輝度範囲に対応する露光条件に基づいて、同露光撮像回数を算出し、前記撮像手段によって前記輝度範囲に対応する露光条件を用いて複数回数の同露光撮像を行って複数枚数の同露光撮像画像を取得し、前記ダイナミックレンジ拡大画像に前記複数枚数の同露光撮像画像を合成して合成画像を生成し、前記合成画像に対し前記階調変換曲線に基づき階調変換を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to one aspect of the imaging method of the present invention, a plurality of different exposure captured images are obtained by performing a plurality of different exposure imaging with different exposure conditions by an imaging unit, and the different exposure captured image imaging is performed. The exposure condition at the time is stored in a storage means, a dynamic range enlarged image is generated by combining the plurality of different exposure captured images, a gradation conversion curve is calculated for the dynamic range enlarged image, and the gradation conversion curve Calculating a contrast amplification factor from the image, selecting a specific luminance range in the dynamic range expanded image based on the contrast amplification factor, reading out the exposure condition corresponding to the luminance range from the storage means, the luminance range, Based on the exposure condition corresponding to the contrast amplification factor and the luminance range, the number of times of the same exposure imaging is calculated, and the imaging means A plurality of the same exposure captured images are obtained by performing a plurality of times of the same exposure imaging using the exposure condition corresponding to the luminance range, and the plurality of the same exposure captured images are combined with the dynamic range enlarged image to obtain a composite image. And tone conversion is performed on the composite image based on the tone conversion curve.

本発明によれば、露光条件が異なる複数枚数の撮像画像を合成しダイナミックレンジ拡大画像を生成する撮像装置及び方法において、ダイナミックレンジ拡大画像より求めたコントラスト増幅率が高い特定の輝度範囲に対応する露光条件で複数枚数の同露光撮像画像を取得し、それらとダイナミックレンジ拡大画像とを合成した上で階調変換を行うので、少ない撮像枚数により、階調変換時のノイズ増幅を抑制する撮像装置及び方法を提供することができる。   According to the present invention, in an imaging apparatus and method for generating a dynamic range expanded image by combining a plurality of captured images with different exposure conditions, it corresponds to a specific luminance range with a high contrast amplification factor obtained from the dynamic range expanded image. Since multiple tone exposure images are acquired under exposure conditions, and tone conversion is performed after synthesizing these images with an expanded dynamic range image, an imaging device that suppresses noise amplification during tone conversion with a small number of images And methods can be provided.

本発明に係る撮像装置の一実施形態を示すブロック構成図。1 is a block configuration diagram showing an embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. 撮像装置のダイナミックレンジと、シーンのダイナミックレンジの関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the dynamic range of an imaging device, and the dynamic range of a scene. 撮像装置のダイナミックレンジと、シーンのダイナミックレンジの関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the dynamic range of an imaging device, and the dynamic range of a scene. 入力及び出力がそれぞれ8ビットの場合の階調変換曲線の一例を示す図。The figure which shows an example of the gradation conversion curve in case an input and an output are each 8 bits. ヒストグラムに基づいた階調変換曲線の算出方法の例を示す図。The figure which shows the example of the calculation method of the gradation conversion curve based on a histogram. 入力画像輝度値Iinに対するコントラスト増幅率Rの関係の例を示す図。It shows an example of a relationship between the contrast amplification factor R for the input image luminance value I in. コントラスト増幅率R及び閾値Zと、特定領域Aとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the contrast amplification factor R and the threshold value Z, and the specific area A. 輝度範囲選択部の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of a luminance range selection part. コントラスト増幅率Rとノイズ量Noiとの積及び閾値Lと、特定領域Aとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the product of contrast amplification factor R and noise amount Noi, the threshold value L, and the specific area A. コントラスト増幅率Rに応じて閾値Zを設定し特定される、特定領域Aにおける同露光撮像回数PFの算出例を示す図。The figure which shows the example of calculation of the same exposure imaging frequency PF in the specific area | region A specified by setting the threshold value Z according to contrast amplification factor R. 特定領域Aが複数の露光条件を含む場合における同露光撮像の露光条件と撮像回数の例を示す図。The figure which shows the example of the exposure conditions and imaging frequency of the same exposure imaging in case the specific area | region A contains several exposure conditions.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る撮像装置の一実施形態を示すブロック構成図である。図1に示す撮像装置は、撮像部1と、撮像制御部2と、撮像設定部3と、画像取得部4と、画像合成部5と、合成画像記憶部6と、階調変換部7と、異露光撮像設定部8と、同露光撮像設定部9とを具備する。前記異露光撮像設定部8は、ダイナミックレンジ推定部10と、シーン輝度取得部11と、ダイナミックレンジ算出部12と、異露光撮像回数算出部13とを有する。前記同露光撮像設定部9は、階調変換曲線算出部14と、増幅率算出部15と、輝度範囲選択部16と、露光条件記憶部17と、露光条件読出部18と、同露光撮像回数算出部19とを有する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. The imaging apparatus shown in FIG. 1 includes an imaging unit 1, an imaging control unit 2, an imaging setting unit 3, an image acquisition unit 4, an image synthesis unit 5, a synthesized image storage unit 6, and a gradation conversion unit 7. The different exposure imaging setting unit 8 and the same exposure imaging setting unit 9 are provided. The different exposure imaging setting unit 8 includes a dynamic range estimation unit 10, a scene luminance acquisition unit 11, a dynamic range calculation unit 12, and a different exposure imaging number calculation unit 13. The same exposure imaging setting unit 9 includes a gradation conversion curve calculation unit 14, an amplification factor calculation unit 15, a luminance range selection unit 16, an exposure condition storage unit 17, an exposure condition reading unit 18, and the number of times of same exposure imaging. And a calculation unit 19.

撮像設定部3は露光条件を設定し、それを撮像制御部2に出力する。撮像制御部2は、撮像設定部3から入力された条件に基づき撮像部1を制御する。撮像部1は、撮像光学系1A、絞り1B、シャッター1C、撮像素子1D、A/D変換器1Eを有しており、撮像制御部2により制御され撮像動作をする。また、撮像設定部3及び撮像制御部2により露光条件を変更することが可能であり、撮像部1は、1枚以上の露光が異なる画像(以下、「異露光撮像画像」と称する)を取得できる。尚、本実施形態においては、撮像部1における撮像素子1DはRGB原色系であり、A/D変換器1Eによる信号の階調幅をBビットとする。   The imaging setting unit 3 sets an exposure condition and outputs it to the imaging control unit 2. The imaging control unit 2 controls the imaging unit 1 based on the conditions input from the imaging setting unit 3. The imaging unit 1 includes an imaging optical system 1A, an aperture 1B, a shutter 1C, an imaging element 1D, and an A / D converter 1E, and is controlled by the imaging control unit 2 to perform an imaging operation. Further, the exposure condition can be changed by the imaging setting unit 3 and the imaging control unit 2, and the imaging unit 1 acquires one or more images with different exposures (hereinafter referred to as "different exposure captured images"). it can. In the present embodiment, the imaging device 1D in the imaging unit 1 is an RGB primary color system, and the gradation width of the signal by the A / D converter 1E is B bits.

撮像手段としての撮像部1は、画像取得部4に、少なくとも1枚の撮像し得られた画像(撮像画像)を出力する。画像取得部4は、図示しない画像記憶部を含むものであり、撮像部1から入力された撮像画像を前記画像記憶部に記憶する。尚、画像取得部4は、階調幅Bビットの映像信号を、必要な枚数記憶できる。このように、撮像部1、撮像制御部2、撮像設定部3及び画像取得部4は、例えば、露光条件の異なる異露光撮像を複数回数行って複数枚数の異露光撮像画像を取得する異露光画像取得手段として機能する。   The imaging unit 1 as an imaging unit outputs at least one image (captured image) obtained by imaging to the image acquisition unit 4. The image acquisition unit 4 includes an image storage unit (not shown), and stores the captured image input from the imaging unit 1 in the image storage unit. The image acquisition unit 4 can store a necessary number of video signals having a gradation width of B bits. As described above, the imaging unit 1, the imaging control unit 2, the imaging setting unit 3, and the image acquisition unit 4, for example, perform different exposure imaging with different exposure conditions a plurality of times to acquire a plurality of different exposure captured images. It functions as an image acquisition means.

一方、異露光撮像設定部8においては、ダイナミックレンジ推定部10は、撮像部1に内包される撮像素子1Dのダイナミックレンジを取得し、前記撮像素子1Dにて撮像される映像のRGB信号のうち、最小信号値Vmin及び最大信号値Vmaxを取得する。また、ダイナミックレンジ推定部10は、撮像部1におけるISO感度ISO、絞り値F、シャッター速度T等の露光条件に関わる撮像情報を取得する。ダイナミックレンジ推定部10は、これらを用いてAPEX単位で定義される信号値BVの最小値BVmin ISO及び最大値BVmax ISOを、次の式(1)により算出する。

Figure 2011199785
ここで、bitは撮像画像におけるデジタル信号変換時のビット精度であり、j及びkはそれぞれ映像信号をBV値に変換する際の補正係数である。 On the other hand, in the different exposure imaging setting unit 8, the dynamic range estimation unit 10 acquires the dynamic range of the imaging device 1D included in the imaging unit 1, and among the RGB signals of the video imaged by the imaging device 1D. The minimum signal value V min and the maximum signal value V max are acquired. The dynamic range estimation unit 10 acquires imaging information related to exposure conditions such as ISO sensitivity ISO, aperture value F, shutter speed T, and the like in the imaging unit 1. The dynamic range estimation unit 10 uses these to calculate the minimum value BV min ISO and the maximum value BV max ISO of the signal value BV defined in APEX units by the following equation (1).
Figure 2011199785
Here, bit is the bit accuracy at the time of digital signal conversion in the captured image, and j and k are correction coefficients for converting the video signal into a BV value, respectively.

該ダイナミックレンジ推定部10は、更に、前記BVmin ISO及びBVmax ISOを用いて、最小輝度値Bmin ISO及び最大輝度値Bmax ISOを、次の式(2)により算出する。

Figure 2011199785
ここでN及びKはそれぞれ定数である。 The dynamic range estimation unit 10 further calculates a minimum luminance value B min ISO and a maximum luminance value B max ISO by the following equation (2) using the BV min ISO and BV max ISO .
Figure 2011199785
Here, N and K are constants.

そして、該ダイナミックレンジ推定部10は、撮像素子1Dのダイナミックレンジに相応する輝度範囲ΔBを当該撮像装置のダイナミックレンジと見做すものとして前記算出した撮像画像の最小輝度値Bmin ISO及び最大輝度値Bmax ISOを用いて、当該撮像装置のダイナミックレンジΔBを、次の式(3)により算出する。

Figure 2011199785
Then, the dynamic range estimation unit 10 regards the calculated minimum luminance value B min ISO and maximum luminance of the captured image, assuming that the luminance range ΔB corresponding to the dynamic range of the imaging device 1D is regarded as the dynamic range of the imaging device. Using the value B max ISO , the dynamic range ΔB of the imaging apparatus is calculated by the following equation (3).
Figure 2011199785

また、前記式(3)により算出する撮像装置のダイナミックレンジΔBは、次の式(4)の様に、デシベル値DR_ΔBとしてもよい。

Figure 2011199785
In addition, the dynamic range ΔB of the imaging device calculated by the equation (3) may be a decibel value DR_ΔB as in the following equation (4).
Figure 2011199785

また、ダイナミックレンジ推定部10は、撮像装置のダイナミックレンジを記憶する図示しないダイナミックレンジ記憶部を備え、予めダイナミックレンジ測定用チャート等を撮像して撮像装置のダイナミックレンジの推定値を求めて、該ダイナミックレンジ記憶部に記憶しておいても良い。これにより、ダイナミックレンジ推定部10は、ダイナミックレンジ拡大画像生成の度に撮像装置のダイナミックレンジΔBを算出しなくても、予め記憶された撮像装置のダイナミックレンジの推定値を読み出し利用することができる。   In addition, the dynamic range estimation unit 10 includes a dynamic range storage unit (not shown) that stores the dynamic range of the imaging device, images a dynamic range measurement chart or the like in advance to obtain an estimated value of the dynamic range of the imaging device, and You may memorize | store in the dynamic range memory | storage part. As a result, the dynamic range estimation unit 10 can read and use the pre-stored estimated value of the dynamic range of the imaging apparatus without calculating the dynamic range ΔB of the imaging apparatus every time a dynamic range expanded image is generated. .

ダイナミックレンジ推定部10は、こうして算出した又は予め記憶した撮像装置のダイナミックレンジΔBを、異露光撮像回数算出部13に出力する。
また、シーン輝度取得部11は、図示しないAEセンサ等によりシーンの輝度値Eを測定し、それをダイナミックレンジ算出部12に出力する。ダイナミックレンジ算出部12は、シーン輝度取得部11から入力された輝度値Eの最小値Emin及び最大値Emaxを用いて、シーンのダイナミックレンジΔEを、次の式(5)により算出する。

Figure 2011199785
The dynamic range estimation unit 10 outputs the dynamic range ΔB of the imaging apparatus thus calculated or stored in advance to the different exposure imaging number calculation unit 13.
The scene luminance acquisition unit 11 measures the luminance value E of the scene using an AE sensor (not shown) or the like and outputs it to the dynamic range calculation unit 12. The dynamic range calculation unit 12 calculates the dynamic range ΔE of the scene by the following equation (5) using the minimum value E min and the maximum value E max of the luminance value E input from the scene luminance acquisition unit 11.
Figure 2011199785

また、前記式(5)により算出されるシーンのダイナミックレンジΔEは、次の式(6)の様に、デシベル値DR_ΔEとしてもよい。

Figure 2011199785
The dynamic range ΔE of the scene calculated by the above equation (5) may be a decibel value DR_ΔE as in the following equation (6).
Figure 2011199785

ダイナミックレンジ算出部12は、こうして算出したシーンのダイナミックレンジΔEを、異露光撮像回数算出部13に出力する。
異露光撮像回数算出部13は、前記ダイナミックレンジ推定部10から入力された撮像装置のダイナミックレンジΔBと、前記ダイナミックレンジ算出部12から入力されたシーンのダイナミックレンジΔEとに基づいて、撮像装置のダイナミックレンジΔBを偏移させることでシーンのダイナミックレンジΔEの範囲の画像情報を取得するために必要な撮像装置のダイナミックレンジΔBの範囲の数、即ち必要な異露光撮像画像の枚数(異露光撮像回数DF)を、次の式(7)により算出する。

Figure 2011199785
The dynamic range calculation unit 12 outputs the calculated dynamic range ΔE of the scene to the different exposure imaging number calculation unit 13.
The different-exposure imaging number calculation unit 13 is based on the dynamic range ΔB of the imaging device input from the dynamic range estimation unit 10 and the dynamic range ΔE of the scene input from the dynamic range calculation unit 12. By shifting the dynamic range ΔB, the number of the dynamic range ΔB of the imaging apparatus necessary for acquiring image information in the range of the dynamic range ΔE of the scene, that is, the number of different exposure images required (different exposure imaging) The number of times DF) is calculated by the following equation (7).
Figure 2011199785

図2は、シーンのダイナミックレンジΔEと撮像装置のダイナミックレンジΔB及び異露光撮像回数DFとの関係の一例を示す図である。図2は、輝度値の高い範囲から順に、範囲が重ならない様に撮像装置のダイナミックレンジΔBを異露光撮像ごとに偏移させ、シーンのダイナミックレンジΔEより広い輝度範囲の画像情報を得ることを示している。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the relationship between the dynamic range ΔE of the scene, the dynamic range ΔB of the imaging apparatus, and the number of times of different exposure imaging DF. FIG. 2 shows that the dynamic range ΔB of the imaging apparatus is shifted for each different exposure imaging so that the ranges do not overlap in order from the highest luminance value range, and image information in a luminance range wider than the scene dynamic range ΔE is obtained. Show.

あるいは、前述の異露光撮像回数算出部13による異露光撮像回数DFの算出においては、図3に示す様に重複する輝度範囲Xを含む様に算出してもよい。図3は、シーンのダイナミックレンジΔEと撮像装置のダイナミックレンジΔB及び異露光撮像回数DFとの関係の一例を示す図であり、輝度値の高い範囲から順に、範囲が重なる様に撮像装置のダイナミックレンジΔBを異露光撮像ごとに偏移させ、シーンのダイナミックレンジΔEより広い輝度範囲の画像情報を得ることを示している。この場合、異露光撮像回数DFは、次の式(8)により算出する。

Figure 2011199785
Alternatively, in the calculation of the different exposure imaging number DF by the different exposure imaging number calculation unit 13 described above, it may be calculated so as to include an overlapping luminance range X as shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship between the dynamic range ΔE of the scene, the dynamic range ΔB of the imaging device, and the number of times of different exposure imaging DF. It shows that the range ΔB is shifted for each different exposure imaging to obtain image information in a luminance range wider than the dynamic range ΔE of the scene. In this case, the different exposure imaging count DF is calculated by the following equation (8).
Figure 2011199785

異露光撮像回数算出部13は、こうして算出した異露光撮像回数DFを、撮像設定部3に出力する。撮像設定部3は、この異露光撮像回数算出部13から入力された異露光撮像画像回数DFに基づいて撮像条件(ISO感度、絞り値、シャッター速度)を設定し、撮像制御部2に、その設定した撮像条件を出力する。撮像制御部2は、この撮像設定部3から入力された撮像条件に基づき、撮像部1を制御する。撮像部1は、撮像制御部2の制御下でDF回の異露光撮像を行う。撮像部1は、画像取得部4に、DF回の異露光撮像により得られたDF枚の異露光撮像画像を出力する。   The different exposure imaging number calculation unit 13 outputs the different exposure imaging number DF thus calculated to the imaging setting unit 3. The imaging setting unit 3 sets imaging conditions (ISO sensitivity, aperture value, shutter speed) based on the different exposure captured image count DF input from the different exposure imaging count calculation unit 13, and the imaging control unit 2 Outputs the set imaging conditions. The imaging control unit 2 controls the imaging unit 1 based on the imaging conditions input from the imaging setting unit 3. The imaging unit 1 performs DF different exposure imaging under the control of the imaging control unit 2. The imaging unit 1 outputs to the image acquisition unit 4 DF different exposure captured images obtained by DF different exposure imaging.

画像取得部4は、それら撮像部1から入力されたDF枚の異露光撮像画像を図示しない画像記憶部に記憶する。画像取得部4は、画像合成部5に、それら記憶したDF枚の異露光撮像画像を出力する。画像合成部5は、それら画像取得部4が出力するDF枚の異露光撮像画像の画像信号に対し、公知の動きベクトルを用いたマッチング処理等で、DF枚の異露光撮像画像の位置合わせをする。次に、画像合成部5は、DF枚の異露光撮像画像の同座標の画素値を合成する画像合成処理を行い、ダイナミックレンジ拡大画像を生成する。合成方法は単純加算でも良いし、次の式(9)の様に、重み付け加算でも良い。

Figure 2011199785
The image acquisition unit 4 stores the DF different-exposure captured images input from the imaging unit 1 in an image storage unit (not shown). The image acquisition unit 4 outputs the stored DF different exposure captured images to the image synthesis unit 5. The image synthesizing unit 5 aligns the DF different-exposure captured images by a matching process using a known motion vector with respect to the image signals of the DF different-exposure captured images output by the image acquisition unit 4. To do. Next, the image synthesizing unit 5 performs an image synthesizing process for synthesizing pixel values at the same coordinates of the DF different exposure captured images, and generates a dynamic range enlarged image. The combining method may be simple addition or weighted addition as in the following equation (9).
Figure 2011199785

ここで、Iは合成後の画像信号、Iiはi枚目の画像信号、αiは重み付け係数を示す。重み付け加算を行うことにより、単純加算の場合より撮像者が観察するシーンに近い画像を作成することができる。このように、画像合成部5は、例えば、複数枚数の異露光撮像画像を合成してダイナミックレンジ拡大画像を生成するダイナミックレンジ拡大画像生成手段として機能する。また、重み付け加算を行なう場合には、画像合成部5は、例えば、複数枚数の異露光撮像画像の輝度値に基づいて重み付け係数を算出する重み付け算出手段として、及び、前記重み付け係数に基づき複数枚数の異露光撮像画像の重み付け加算を行う加算手段として機能する。画像合成部5は、合成画像記憶部6に、この生成したダイナミックレンジ拡大画像を出力する。合成画像記憶部6は、この画像合成部5から入力されたダイナミックレンジ拡大画像を記憶する。 Here, I is an image signal after synthesis, I i is the i-th image signal, and α i is a weighting coefficient. By performing weighted addition, it is possible to create an image closer to the scene observed by the photographer than in the case of simple addition. Thus, the image composition unit 5 functions as, for example, a dynamic range expanded image generation unit that generates a dynamic range expanded image by combining a plurality of different exposure captured images. In addition, when performing weighted addition, the image compositing unit 5 is, for example, a weight calculating unit that calculates a weighting coefficient based on luminance values of a plurality of differently-exposure captured images, and a plurality of sheets based on the weighting coefficient. It functions as an adding means for performing weighted addition of the different exposure captured images. The image composition unit 5 outputs the generated dynamic range expanded image to the composite image storage unit 6. The composite image storage unit 6 stores the dynamic range expanded image input from the image composition unit 5.

該合成画像記憶部6は、階調変換曲線算出部14からの要求に応じて、その階調変換曲線算出部14に、記憶しているダイナミックレンジ拡大画像を出力する。階調変換曲線算出部14は、この合成画像記憶部6から入力されたダイナミックレンジ拡大画像に基づいて、階調変換曲線を算出する。即ち、この階調変換曲線算出部14は、例えば、ダイナミックレンジ拡大画像について階調変換曲線を算出する階調変換曲線算出手段として機能する。この階調変換曲線は、階調変換処理における入力画像輝度値Iinと出力画像輝度値Qとの関係を示す曲線である。図4は、入力及び出力がそれぞれ8ビットの場合の階調変換曲線の一例を示す図である。 The composite image storage unit 6 outputs the stored dynamic range expanded image to the gradation conversion curve calculation unit 14 in response to a request from the gradation conversion curve calculation unit 14. The gradation conversion curve calculation unit 14 calculates a gradation conversion curve based on the dynamic range expanded image input from the composite image storage unit 6. That is, the gradation conversion curve calculation unit 14 functions as, for example, a gradation conversion curve calculation unit that calculates a gradation conversion curve for a dynamic range expanded image. This gradation conversion curve is a curve showing the relationship between the input image luminance value I in and the output image luminance value Q in the gradation conversion processing. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a gradation conversion curve when the input and output are each 8 bits.

階調変換曲線は、予め作成し、階調変換曲線算出部14内の図示しない記憶手段に記憶し、同じく階調変換曲線算出部14内の図示しない読出し部によって読み出すことで算出することができる。階調変換曲線を予め作成し記憶しておけば、撮影時にはそれを読み出せば良いので、撮像時の処理負荷が軽減される。このように、階調変換曲線算出部14内の図示しない記憶手段は、例えば、撮像装置において予め設定された階調変換曲線を記憶する階調変換曲線記憶手段として機能し、階調変換曲線算出部14内の図示しない読出し部は、例えば、前記階調変換曲線記憶手段より階調変換曲線を読み出す階調変換曲線読出手段として機能する。   The gradation conversion curve is prepared in advance, stored in a storage unit (not shown) in the gradation conversion curve calculation unit 14, and can be calculated by reading out by a reading unit (not shown) in the gradation conversion curve calculation unit 14. . If a gradation conversion curve is created and stored in advance, it can be read out at the time of shooting, so the processing load at the time of shooting is reduced. As described above, the storage unit (not shown) in the gradation conversion curve calculation unit 14 functions as, for example, a gradation conversion curve storage unit that stores a gradation conversion curve set in advance in the imaging apparatus, and calculates the gradation conversion curve. A reading unit (not shown) in the unit 14 functions as, for example, a gradation conversion curve reading unit that reads a gradation conversion curve from the gradation conversion curve storage unit.

あるいは、階調変換曲線は、ダイナミックレンジ拡大画像信号Iから算出しても良い。そのようにダイナミックレンジ拡大画像信号Iから階調変換曲線を算出する場合、階調変換曲線算出部14は、特に図示はしないが、例えば、ヒストグラム算出部、クリッピング部、累積値算出部を備える。   Alternatively, the gradation conversion curve may be calculated from the dynamic range expanded image signal I. When the gradation conversion curve is calculated from the dynamic range expanded image signal I as described above, the gradation conversion curve calculation unit 14 includes, for example, a histogram calculation unit, a clipping unit, and a cumulative value calculation unit, although not particularly illustrated.

ヒストグラム算出部は、ダイナミックレンジ拡大画像信号Iから、図5(a)に示すようなヒストグラムを算出する。このヒストグラムは、対象とする画像について横軸に画素の輝度値を示し、縦軸に当該輝度値である画素の数又は割合で表される頻度を示す。このように、階調変換曲線算出部14内の図示しないヒストグラム算出部は、例えば、ダイナミックレンジ拡大画像からヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段として機能する。   The histogram calculation unit calculates a histogram as shown in FIG. 5A from the dynamic range expanded image signal I. This histogram shows the luminance value of the pixel on the horizontal axis and the frequency expressed by the number or the ratio of the pixels having the luminance value on the vertical axis for the target image. As described above, the histogram calculation unit (not shown) in the gradation conversion curve calculation unit 14 functions as, for example, a histogram calculation unit that calculates a histogram from a dynamic range expanded image.

クリッピング部は、図5(a)に破線で示すような所定の頻度をクリップ値としてクリップ処理を行い、図5(b)に示すようなヒストグラムを作成する。このように、階調変換曲線算出部14内の図示しないクリッピング部は、例えば、前記ヒストグラムに対してクリップ処理を行うクリッピング手段として機能する。   The clipping unit performs a clipping process using a predetermined frequency as indicated by a broken line in FIG. 5A as a clip value, and creates a histogram as shown in FIG. Thus, a clipping unit (not shown) in the gradation conversion curve calculation unit 14 functions as a clipping unit that performs a clipping process on the histogram, for example.

累積算出部は、このクリップ処理後のヒストグラムから画素の頻度を累積処理して階調変換曲線を算出する。このように、階調変換曲線算出部14内の図示しない累積算出部は、例えば、前記クリップ処理が行われたヒストグラムの累積値を算出する累積値算出手段として機能する。また、クリップ処理を行なわずに、直接、ヒストグラム算出部で算出したヒストグラムから画素の頻度を累積処理して階調変換曲線を算出するようにしても構わない。図5(c)において、実線は、クリップ処理前のヒストグラムから算出した階調変換曲線を、破線は、クリップ処理後のヒストグラムから算出した階調変換曲線を、それぞれ示している。本実施形態では、図5(c)の実線で示した階調変換曲線と破線で示した階調変換曲線のいずれの階調変換曲線を用いても良い。シーン毎にヒストグラムを用いて階調変換曲線を算出する場合は、予め作成し記憶しておいた階調変換曲線を用いる場合と異なり、シーン毎に適切な階調変換曲線が得られるため、コントラストを強調しすぎない適切な階調変換を行うことができる。   The accumulation calculation unit calculates a gradation conversion curve by accumulating the pixel frequency from the clipped histogram. As described above, the accumulation calculation unit (not shown) in the gradation conversion curve calculation unit 14 functions as, for example, an accumulation value calculation unit that calculates the accumulation value of the histogram subjected to the clipping process. Alternatively, the gradation conversion curve may be calculated by accumulating the pixel frequency directly from the histogram calculated by the histogram calculation unit without performing the clipping process. In FIG. 5C, a solid line indicates a gradation conversion curve calculated from a histogram before clip processing, and a broken line indicates a gradation conversion curve calculated from a histogram after clip processing. In the present embodiment, any one of the gradation conversion curves indicated by the solid line in FIG. 5C and the gradation conversion curve indicated by the broken line may be used. When calculating a gradation conversion curve using a histogram for each scene, unlike the case of using a gradation conversion curve that has been created and stored in advance, an appropriate gradation conversion curve is obtained for each scene. Appropriate gradation conversion can be performed without over-emphasizing.

一般に階調変換処理の際、例えば図4又は図5(c)に示した階調変換曲線において入力画像輝度値Iinが低い部分で認められる様な、階調変換曲線の傾きが大きい急激な階調変換を行うとノイズが増幅される。そこで本実施形態では、同条件で撮像した複数枚数の画像を合成することで、このノイズの増幅を抑制する。 Generally when the gradation conversion processing, for example, FIG. 4 or FIG. 5 (c) to the input image luminance value I in the tone conversion curve shown is given as found in the lower part, a sharp slope of the tone conversion curve is large When tone conversion is performed, noise is amplified. Therefore, in the present embodiment, this noise amplification is suppressed by combining a plurality of images captured under the same conditions.

ここで、本実施形態で用いるノイズ増幅の抑制方法の原理を簡単に説明する。画像の信号値をS、ノイズをNとすると、2枚の画像を合成した場合の信号値S’及びノイズN’は次の式(10)で表される。

Figure 2011199785
Here, the principle of the noise amplification suppression method used in this embodiment will be briefly described. When the signal value of the image is S and the noise is N, the signal value S ′ and noise N ′ when the two images are combined are expressed by the following equation (10).
Figure 2011199785

このように、信号値は2倍になるのに対して、ノイズは2倍ではなくてルート2倍の増加に抑えられる。従って、2枚の画像を合成した場合の合成信号のSN比は、次の式(11)の様に算出される。

Figure 2011199785
Thus, while the signal value is doubled, the noise is not doubled but is suppressed to double the root. Therefore, the S / N ratio of the combined signal when two images are combined is calculated as the following equation (11).
Figure 2011199785

前記式(11)の右辺第1項は元の1枚の画像信号のSN比と同じであり、同式右辺第2項の分だけ、元の1枚の画像信号のSN比より、2枚の画像を合成した画像信号のSN比の方が高くなる。同様に、より多くの画像を合成した画像は、よりSN比が向上する。   The first term on the right side of the equation (11) is the same as the S / N ratio of the original one image signal, and the S / N ratio of the original one image signal is two by the amount of the second term on the right side of the formula. The S / N ratio of the image signal obtained by synthesizing these images is higher. Similarly, an S / N ratio is further improved in an image obtained by combining more images.

本実施形態では、ダイナミックレンジ拡大画像に対する階調変換処理でノイズが増幅する場合、同露光条件で撮像する複数枚数の画像(以下、「同露光撮像画像」と称する)を合成することでノイズを低減させる。
このため、階調変換曲線算出部14は、増幅率算出部15に、前述の算出した階調変換曲線を出力する。増幅率算出部15は、この階調変換曲線算出部14から入力された階調変換曲線を微分してコントラスト増幅率Rを算出する。このように、増幅率算出部15は、例えば、階調変換曲線からコントラスト増幅率を算出する増幅率算出手段として機能する。ここでコントラスト増幅率Rは、階調変換曲線の微分値であり、階調変換時の入力画像輝度値に対する出力画像輝度値の増幅率を表す。図6は、入力画像輝度値Iinに対するコントラスト増幅率Rの関係の例を示す図である。
In the present embodiment, when noise is amplified by gradation conversion processing for an image with an expanded dynamic range, noise is synthesized by synthesizing a plurality of images (hereinafter referred to as “same exposure captured images”) captured under the same exposure conditions. Reduce.
Therefore, the gradation conversion curve calculation unit 14 outputs the calculated gradation conversion curve to the amplification factor calculation unit 15. The amplification factor calculation unit 15 differentiates the gradation conversion curve input from the gradation conversion curve calculation unit 14 to calculate the contrast amplification factor R. As described above, the amplification factor calculation unit 15 functions as an amplification factor calculation unit that calculates the contrast amplification factor from the gradation conversion curve, for example. Here, the contrast amplification factor R is a differential value of the gradation conversion curve, and represents the amplification factor of the output image luminance value with respect to the input image luminance value at the time of gradation conversion. Figure 6 is a diagram showing an example of the relationship between the contrast amplification factor R for the input image luminance value I in.

増幅率算出部15は、輝度範囲選択部16に、算出したコントラスト増幅率Rを出力する。輝度範囲選択部16は、この増幅率算出部15から入力されたコントラスト増幅率Rに関する閾値Zを設定し、それら入力されたコントラスト増幅率Rと設定した閾値Zとが次の式(12)の条件を満たす時、ノイズが増幅されると判断する。

Figure 2011199785
The amplification factor calculation unit 15 outputs the calculated contrast amplification factor R to the luminance range selection unit 16. The luminance range selection unit 16 sets a threshold value Z related to the contrast amplification factor R input from the amplification factor calculation unit 15, and the input contrast amplification factor R and the set threshold value Z are expressed by the following equation (12). When the condition is satisfied, it is determined that the noise is amplified.
Figure 2011199785

即ち、輝度範囲選択部16は、前記式(12)における条件を満たす輝度範囲を、特定領域Aとして選択する。図7は、これらコントラスト増幅率R及び閾値Zと、特定領域Aとの関係を示す図である。このように、輝度範囲選択部16は、例えば、コントラスト増幅率に基づいて、ダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択する輝度範囲選択手段として機能する。即ち、輝度範囲選択部16は、例えば、コントラスト増幅率における閾値を設定する閾値設定手段と、前記コントラスト増幅率と前記閾値とを比較してダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択する選択手段としての機能を果たす。   That is, the luminance range selection unit 16 selects, as the specific region A, a luminance range that satisfies the condition in Expression (12). FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the contrast amplification factor R and the threshold value Z and the specific area A. Thus, the brightness range selection unit 16 functions as a brightness range selection unit that selects a specific brightness range in the dynamic range expanded image based on, for example, the contrast amplification factor. That is, the luminance range selection unit 16 is, for example, a threshold setting unit that sets a threshold for the contrast amplification factor, and a selection unit that compares the contrast amplification factor and the threshold to select a specific luminance range in the dynamic range expanded image. Serves as a function.

この時、輝度範囲選択部16は、露光条件読出部18を介して記憶手段としての露光条件記憶部17から、前記特定領域Aに対応する輝度範囲撮像時の絞り値、シャッター速度、ISO感度等の露光条件に関わる設定値を読み出す。即ち、露光条件記憶部17は、露光条件読出部18の要求に応じて、その露光条件読出部18に対し記憶している露光条件を出力し、露光条件読出部18は、この露光条件記憶部17から入力された露光条件を輝度範囲選択部16に出力する。このように、露光条件記憶部17は、例えば、異露光撮像画像のそれぞれの撮像時の露光条件を記憶する露光条件記憶手段として機能し、露光条件読出部18は、例えば、前記輝度範囲に対応する露光条件を露光条件記憶手段より読み出す露光条件読出手段として機能する。   At this time, the brightness range selection unit 16 receives the aperture value, shutter speed, ISO sensitivity, and the like at the time of capturing the brightness range corresponding to the specific area A from the exposure condition storage unit 17 serving as a storage unit via the exposure condition reading unit 18. The setting value related to the exposure condition is read out. That is, the exposure condition storage unit 17 outputs the stored exposure condition to the exposure condition reading unit 18 in response to a request from the exposure condition reading unit 18, and the exposure condition reading unit 18 The exposure condition input from 17 is output to the luminance range selector 16. Thus, for example, the exposure condition storage unit 17 functions as an exposure condition storage unit that stores the exposure conditions at the time of capturing each of the different exposure captured images, and the exposure condition reading unit 18 corresponds to, for example, the luminance range. It functions as an exposure condition reading means for reading the exposure conditions to be read from the exposure condition storage means.

また、輝度範囲選択部16は、合成画像記憶部6に記憶された前記ダイナミックレンジ拡大画像を読み出し、下記の様にダイナミックレンジ拡大画像におけるノイズ量を算出し、これを用いて特定領域Aを選択しても良い。
この場合、輝度範囲選択部16は、図8に示す通り、バッファ部20と、局所領域抽出部21と、ノイズ量算出部22と、算出部23と、輝度範囲特定部24とにより構成する。
Further, the luminance range selection unit 16 reads the dynamic range expansion image stored in the composite image storage unit 6, calculates the noise amount in the dynamic range expansion image as follows, and uses this to select the specific area A You may do it.
In this case, the luminance range selection unit 16 includes a buffer unit 20, a local region extraction unit 21, a noise amount calculation unit 22, a calculation unit 23, and a luminance range specification unit 24, as shown in FIG.

バッファ部20は、合成画像記憶部6から入力される前記ダイナミックレンジ拡大画像信号Iを記憶する。該バッファ部20は、局所領域抽出部21の要求に応じて、その局所領域抽出部21に、記憶しているダイナミックレンジ拡大画像信号Iを出力する。局所領域抽出部21は、そのバッファ部20から入力されたダイナミックレンジ拡大画像信号Iから、注目画素を中心とする例えば5×5の局所領域を抽出する。この局所領域の抽出は、ダイナミックレンジ拡大画像I全体に対して行っても良いし、指定された領域についてのみ行っても良い。局所領域抽出部21は、ノイズ量算出部22に、抽出した局所領域の情報を出力する。ノイズ量算出部22は、その局所領域抽出部21から入力された局所領域の情報を用いて、ノイズ量を算出する。ある注目画素νにおけるノイズ量Nνは、例えば局所領域における信号の平均値Sνに対する関数として、次の式(13)により算出する。

Figure 2011199785
ここで、α、β、γはそれぞれ定数である。 The buffer unit 20 stores the dynamic range expanded image signal I input from the composite image storage unit 6. The buffer unit 20 outputs the stored dynamic range expanded image signal I to the local region extraction unit 21 in response to a request from the local region extraction unit 21. The local region extraction unit 21 extracts, for example, a 5 × 5 local region centered on the target pixel from the dynamic range expanded image signal I input from the buffer unit 20. The extraction of the local region may be performed on the entire dynamic range enlarged image I or may be performed only on a designated region. The local region extraction unit 21 outputs information on the extracted local region to the noise amount calculation unit 22. The noise amount calculation unit 22 calculates the noise amount using the local region information input from the local region extraction unit 21. The noise amount N ν at a certain target pixel ν is calculated by the following equation (13) as a function with respect to the average value S ν of the signal in the local region, for example.
Figure 2011199785
Here, α, β, and γ are constants.

前記式(13)の関数以外にも、ノイズ量Nνは、入力信号に対するノイズ量についてルックアップテーブル(LUT)を用いて算出しても良いし、局所領域の信号に対する標準偏差をノイズ量Nνとしても良い。 In addition to the function of the equation (13), the noise amount N ν may be calculated by using a look-up table (LUT) for the noise amount with respect to the input signal, and the standard deviation with respect to the signal in the local region is calculated as the noise amount N. It may be v .

ノイズ量算出部22は、ダイナミックレンジ拡大画像I全体又は指定された領域の各画素を注目画素としてそれぞれに対して前記処理を行い、算出部23に、算出した画素毎のノイズ量を出力する。算出部23は、そのノイズ量算出部22から入力された画素毎のノイズ量用いて、当該ダイナミックレンジ拡大画像信号全体のノイズ量Noiを次の式(14)により算出する。

Figure 2011199785
The noise amount calculation unit 22 performs the above processing on the entire dynamic range enlarged image I or each pixel in the designated area as a pixel of interest, and outputs the calculated noise amount for each pixel to the calculation unit 23. Using the noise amount for each pixel input from the noise amount calculation unit 22, the calculation unit 23 calculates the noise amount Noi of the entire dynamic range expanded image signal by the following equation (14).
Figure 2011199785

ここで、Mは総画素数を表す。ダイナミックレンジ拡大画像信号全体のノイズ量Noiを算出するにあたっては、前記式(14)の単純加算以外にも、領域による重み付け加算を用いても良い。このように、局所領域抽出部21、ノイズ量算出部22及び算出部23は、例えば、ダイナミックレンジ拡大画像からノイズ量を算出するノイズ量算出手段として機能する。即ち、局所領域抽出部21は、例えば、ダイナミックレンジ拡大画像の注目画素を中心とする局所領域を抽出する局所領域抽出手段として機能し、ノイズ量算出部22は、例えば、局所領域中の画像に対してノイズ量を算出する局所領域ノイズ量算出手段として機能し、算出部23は、例えば、局所領域中のノイズ量を用いて前記ダイナミックレンジ拡大画像全体のノイズ量を算出する算出手段として機能する。 Here, M represents the total number of pixels. In calculating the noise amount Noi of the entire dynamic range expanded image signal, in addition to the simple addition of the equation (14), weighted addition by region may be used. Thus, the local region extraction unit 21, the noise amount calculation unit 22, and the calculation unit 23 function as a noise amount calculation unit that calculates a noise amount from a dynamic range enlarged image, for example. That is, the local area extraction unit 21 functions as, for example, a local area extraction unit that extracts a local area centered on the target pixel of the dynamic range expanded image, and the noise amount calculation unit 22 applies, for example, an image in the local area. For example, the calculation unit 23 functions as a calculation unit that calculates the noise amount of the entire dynamic range expanded image using the noise amount in the local region. .

算出部23は、輝度範囲特定部24に、算出したノイズ量Noiを出力する。輝度範囲特定部24は、前記増幅率算出部15から入力されたコントラスト増幅率R、前記算出部23から入力されたノイズ量Noi及び閾値Lを用いて次の式(15)の条件を満たす時、ノイズが増幅されると判断する。

Figure 2011199785
The calculation unit 23 outputs the calculated noise amount Noi to the luminance range specifying unit 24. When the luminance range specifying unit 24 satisfies the condition of the following equation (15) using the contrast amplification factor R input from the amplification factor calculation unit 15, the noise amount Noi and the threshold value L input from the calculation unit 23 Judge that the noise is amplified.
Figure 2011199785

即ち、輝度範囲特定部24は、前記式(15)における条件を満たす輝度範囲を、特定領域Aとして選択する。図9は、コントラスト増幅率Rとノイズ量Noiとの積及び図示しない輝度範囲選択部16内の閾値設定部が設定する閾値Lと、特定領域Aとの関係を示す図である。このように、輝度範囲特定部24は、例えば、閾値を設定する閾値設定手段として、及び、前記コントラスト増幅率及び前記ノイズ量を用いて算出した値と、前記閾値とを比較してダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択する選択手段として機能する。   That is, the luminance range specifying unit 24 selects a luminance range that satisfies the condition in the expression (15) as the specific region A. FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the specific area A and the product of the contrast amplification factor R and the noise amount Noi and the threshold L set by the threshold setting unit in the luminance range selection unit 16 (not shown). In this way, the luminance range specifying unit 24, for example, as a threshold setting unit for setting a threshold, and expands the dynamic range by comparing the value calculated using the contrast amplification factor and the noise amount with the threshold. It functions as a selection means for selecting a specific luminance range in the image.

輝度範囲選択部16は、同露光撮像回数算出部19に、選択された特定領域Aの輝度範囲情報を出力する。同露光撮像回数算出部19は、この輝度範囲選択部16から入力された特定領域Aの輝度範囲情報に基づき、前記輝度範囲の露光条件で行う同露光撮像の回数を算出する。このように、同露光撮像回数算出部19は、前記輝度範囲、前記コントラスト増幅率及び前記輝度範囲に対応する露光条件に基づいて、同露光撮像回数を算出する同露光撮像回数算出手段として機能する。   The luminance range selection unit 16 outputs the luminance range information of the selected specific area A to the same exposure imaging number calculation unit 19. The same exposure imaging number calculation unit 19 calculates the number of times of same exposure imaging performed under the exposure condition of the luminance range based on the luminance range information of the specific area A input from the luminance range selection unit 16. As described above, the same exposure imaging number calculation unit 19 functions as a same exposure imaging number calculation unit that calculates the same exposure imaging number based on the luminance range, the contrast amplification factor, and the exposure condition corresponding to the luminance range. .

図10は、閾値Zを設定しコントラスト増幅率Rより特定される特定領域Aの輝度範囲の露光条件で行う同露光撮像画像回数PFの算出方法の例を示す図である。同露光撮像回数算出部19は、前記増幅率算出部15よりコントラスト増幅率Rを取得し、同露光撮像回数算出部19内の図示しない代表輝度値算出部は、前記特定領域Aの輝度範囲における入力画像輝度値の平均値である代表輝度値IAを算出し、同露光撮像回数算出部19内の図示しない代表輝度値増幅率算出部は、代表輝度値IAに対応するコントラスト増幅率RAを用いて、同露光撮像回数PFを次の式(16)により算出する。

Figure 2011199785
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a method for calculating the same-exposure-captured image count PF performed under the exposure condition in the luminance range of the specific area A specified by the contrast amplification factor R with the threshold value Z set. The same exposure imaging number calculation unit 19 acquires the contrast amplification factor R from the amplification factor calculation unit 15, and a representative luminance value calculation unit (not shown) in the same exposure imaging number calculation unit 19 is in the luminance range of the specific area A. A representative luminance value I A that is an average value of the input image luminance values is calculated, and a representative luminance value amplification factor calculation unit (not shown) in the same exposure imaging number calculation unit 19 performs a contrast amplification factor R corresponding to the representative luminance value I A. Using A , the number PF of the same exposure imaging is calculated by the following equation (16).
Figure 2011199785

ここで、C1及びC2はそれぞれ定数であり、撮像装置の構成によって設定される整数である。本実施形態においてはC1=C2=1とする。同露光撮像回数算出部19は、撮像設定部3に、こうして算出した同露光撮像回数PFを出力する。このように、同露光撮像回数算出部19内の図示しない代表輝度値算出部は、例えば、前記特定輝度範囲から代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段として機能し、同じく同露光撮像回数算出部19内の図示しない代表輝度値増幅率算出部は、例えば、前記代表輝度値に対する増幅率を算出する代表輝度値増幅率算出手段として機能する。 Here, C 1 and C 2 are constants and are integers set by the configuration of the imaging apparatus. In the present embodiment, C 1 = C 2 = 1. The same exposure imaging number calculation unit 19 outputs the calculated same exposure imaging number PF to the imaging setting unit 3. In this way, a representative luminance value calculation unit (not shown) in the same exposure imaging number calculation unit 19 functions as, for example, a representative luminance value calculation unit that calculates a representative luminance value from the specific luminance range, and similarly calculates the same exposure imaging number. A representative luminance value amplification factor calculation unit (not shown) in the unit 19 functions as, for example, representative luminance value amplification factor calculation means for calculating an amplification factor for the representative luminance value.

撮像設定部3は、同露光撮像を行う特定領域Aの露光条件を、露光条件読出部18を介して前記露光条件記憶部17から読み出す。即ち、露光条件記憶部17は、露光条件読出部18の要求に応じて、その露光条件読出部18に対し記憶している同露光撮像を行う特定領域Aの露光条件を出力し、露光条件読出部18は、その露光条件記憶部17が出力する同露光撮像を行う特定領域Aの露光条件を撮像設定部3に出力する。撮像設定部3は、この露光条件読出部18からの入力される特定領域Aの露光条件と、前記同露光撮像回数算出部19から入力される同露光撮像回数PFとを合わせて撮像条件を設定する。撮像設定部3は、撮像制御部2に、その設定した撮像条件を出力する。撮像制御部2は、その撮像設定部3から入力された撮像条件に基づき、撮像部1を制御する。撮像部1は、撮像制御部2の制御下でPF回の同露光撮像を行う。以上の処理により、前記コントラスト増幅率に基づいて選択された前記ダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲に対応する異露光撮像における露光条件を用いて、PF回の同露光撮像を行う。   The imaging setting unit 3 reads the exposure condition of the specific area A where the same exposure imaging is performed from the exposure condition storage unit 17 via the exposure condition reading unit 18. That is, in response to a request from the exposure condition reading unit 18, the exposure condition storage unit 17 outputs the exposure condition of the specific area A in which the same exposure imaging is stored to the exposure condition reading unit 18 and reads the exposure condition. The unit 18 outputs to the imaging setting unit 3 the exposure condition of the specific area A for performing the same exposure imaging output from the exposure condition storage unit 17. The imaging setting unit 3 sets the imaging condition by combining the exposure condition of the specific area A input from the exposure condition reading unit 18 and the same exposure imaging number PF input from the same exposure imaging number calculation unit 19. To do. The imaging setting unit 3 outputs the set imaging conditions to the imaging control unit 2. The imaging control unit 2 controls the imaging unit 1 based on the imaging conditions input from the imaging setting unit 3. The imaging unit 1 performs PF times of same-exposure imaging under the control of the imaging control unit 2. Through the above processing, PF times of same-exposure imaging are performed using exposure conditions in different exposure imaging corresponding to a specific luminance range in the dynamic range expanded image selected based on the contrast amplification factor.

撮像部1は、画像取得部4に、PF回の同露光撮像により得られるPF枚の同露光撮像画像を出力する。画像取得部4は、これらの撮像部1から入力されるPF枚の同露光撮像画像を図示しない画像記憶部に記憶する。このように、撮像部1、撮像制御部2、撮像設定部3及び画像取得部4は、例えば、前記輝度範囲に対応する露光条件を用いて複数回数の同露光撮像を行って複数枚数の同露光撮像画像を取得する同露光画像取得手段として機能する。   The imaging unit 1 outputs PF sheets of the same exposure captured image obtained by PF times of the same exposure imaging to the image acquisition unit 4. The image acquisition unit 4 stores PF sheets of the same exposure captured image input from the imaging unit 1 in an image storage unit (not shown). As described above, the imaging unit 1, the imaging control unit 2, the imaging setting unit 3, and the image acquisition unit 4 perform, for example, a plurality of times of the same exposure imaging using the exposure condition corresponding to the luminance range, and a plurality of the same number of images. It functions as the exposure image acquisition means for acquiring the exposure captured image.

この時、図11に示す例のように、前記特定領域Aが撮像装置のダイナミックレンジΔB以上であり複数の露光条件A1及びA2を含むものであった場合には、前記算出された同露光撮像回数PFについて、例えば、露光条件A1について入力画像輝度値の代表輝度値IA1を、露光条件A2について入力画像輝度値の代表輝度値IA2をそれぞれ算出し、代表輝度値IA1及びIA2にそれぞれ対応するコントラスト増幅率RA1及びRA2を用いて、次の式(17)の様に、前記同露光撮像回数PFを複数露光条件の数H各々に適宜割り振り、露光条件A1でPF1回(図11の例では3回)、露光条件A2でPF2回(図11の例では2回)の撮像を行っても良い。この割り振りは、撮像装置の構成によって設定される。

Figure 2011199785
At this time, as in the example shown in FIG. 11, if the specific area A is equal to or larger than the dynamic range ΔB of the imaging apparatus and includes a plurality of exposure conditions A 1 and A 2 , an exposure imaging count PF, for example, the representative luminance value I A1 of the input image luminance values for the exposure condition a 1, the exposure condition a 2 the representative luminance value I A2 of the input image luminance values respectively calculated, the representative luminance value I A1 And A A2 and contrast amplification factors R A1 and R A2 , respectively, the number PF of the same exposure imaging is appropriately assigned to each of the number H of the plurality of exposure conditions as shown in the following equation (17). 1 PF 1 times (3 times in the example of FIG. 11), may be performed imaging (twice in the example of FIG. 11) PF 2 times the exposure condition a 2. This allocation is set according to the configuration of the imaging apparatus.
Figure 2011199785

画像取得部4は、画像合成部5に、記憶したPF枚の同露光撮像画像を出力する。また、前記合成画像記憶部6は、画像合成部5に、記憶しているダイナミックレンジ拡大画像を出力する。画像合成部5は、それら画像取得部4から入力されたPF枚の同露光撮像画像の画像信号と、合成画像記憶部6から入力されたダイナミックレンジ拡大画像との合成画像を生成する。このように、画像合成部5は、例えば、ダイナミックレンジ拡大画像に複数枚数の同露光撮像画像を合成して合成画像を生成する画像合成手段として機能する。   The image acquisition unit 4 outputs the stored PF same-exposure captured images to the image composition unit 5. The composite image storage unit 6 outputs the stored dynamic range expanded image to the image composition unit 5. The image composition unit 5 generates a composite image of the image signal of the PF same-exposure captured images input from the image acquisition unit 4 and the dynamic range expanded image input from the composite image storage unit 6. In this way, the image composition unit 5 functions as, for example, an image composition unit that composes a plurality of the same exposure captured images with a dynamic range enlarged image to generate a composite image.

画像合成部5は、階調変換部7に、その生成した前記PF枚の同露光撮像画像とダイナミックレンジ拡大画像との合成画像を出力する。また、前記階調変換曲線算出部14は、階調変換部7に、算出したダイナミックレンジ拡大画像に対して適正な階調変換曲線を出力する。階調変換部7は、その階調変換曲線算出部14から入力された階調変換曲線に基づいて、画像合成部5から入力された前記合成画像の階調変換処理を行う。そして、階調変換部7は、最終的なダイナミックレンジ拡大画像として、この階調変換された合成画像を出力する。このように、階調変換部7は、例えば、合成画像に対し階調変換曲線に基づき階調変換を行う階調変換手段として機能する。   The image composition unit 5 outputs to the gradation conversion unit 7 a composite image of the generated PF sheets of the same exposure captured image and the dynamic range expanded image. Further, the gradation conversion curve calculation unit 14 outputs an appropriate gradation conversion curve to the gradation conversion unit 7 for the calculated dynamic range expanded image. The gradation conversion unit 7 performs gradation conversion processing on the composite image input from the image composition unit 5 based on the gradation conversion curve input from the gradation conversion curve calculation unit 14. The gradation converting unit 7 outputs the gradation-converted composite image as the final dynamic range expanded image. As described above, the gradation conversion unit 7 functions as, for example, a gradation conversion unit that performs gradation conversion on a composite image based on a gradation conversion curve.

このダイナミックレンジが拡大され階調変換された階調変換部7からの出力画像は、図示しない記録媒体に記録されたり、図示しないインタフェースを介して表示装置や印刷装置等の外部出力装置で出力されたり、あるいは図示しないインタフェースを介してネットワーク上の記憶装置等に記憶されたりすることができる。   The output image from the gradation converting unit 7 whose dynamic range is expanded and gradation-converted is recorded on a recording medium (not shown) or output by an external output device such as a display device or a printing device via an interface (not shown). Or can be stored in a storage device or the like on a network via an interface (not shown).

以上のような本実施形態に係る撮像装置によれば、露光量が異なる複数枚数の画像を合成し生成されるダイナミックレンジ拡大画像において、コントラスト増幅率Rが高い特定領域AについてPF枚の同露光撮像画像を取得して合成することで、少ない撮像枚数により、階調変換処理により増幅されるノイズの影響を低減させることができ、撮像者が観察するシーンと同様に広いダイナミックレンジを有しかつノイズが少ない画像を提供することができる。   According to the imaging apparatus according to the present embodiment as described above, in the dynamic range expansion image generated by synthesizing a plurality of images having different exposure amounts, the same exposure of PF sheets for the specific area A having a high contrast amplification factor R. By acquiring and synthesizing the captured images, the effect of noise amplified by the gradation conversion process can be reduced with a small number of captured images, and it has a wide dynamic range similar to the scene observed by the photographer and An image with less noise can be provided.

また、図7を参照して説明した通り、コントラスト増幅率Rに基づいて、ノイズが増幅される特定領域Aを決定することで、ノイズ増幅が懸念される輝度範囲を高精度に選択することができる。さらに、図8及び9を参照して説明した通り、ノイズ量を算出しこれを用いて特定領域Aを決定することで、ノイズ増幅が懸念される輝度範囲をさらに高精度に選択することができる。この時、局所領域毎のノイズ量を算出することにより、各画素のノイズ量を正確に算出することができる。   Further, as described with reference to FIG. 7, by determining the specific region A in which noise is amplified based on the contrast amplification factor R, it is possible to select a luminance range in which noise amplification is a concern with high accuracy. it can. Furthermore, as described with reference to FIGS. 8 and 9, by calculating the amount of noise and using this to determine the specific area A, it is possible to select a luminance range in which noise amplification is a concern with higher accuracy. . At this time, the noise amount of each pixel can be accurately calculated by calculating the noise amount for each local region.

また、特定領域Aに含まれる輝度を撮影した露光条件についてのみ同露光撮像を行うことによって、異露光撮像時の異なる露光条件の個々について同露光撮像を行う場合に比し撮像回数及び得られた画像の処理を低減することができる。前記同露光撮像を実行するために、露光条件は露光条件記憶部17に記憶され、その条件は露光条件読出部18を介して読み出される。   In addition, by performing the same exposure imaging only for the exposure conditions in which the luminance included in the specific area A is captured, the number of times and the number of imaging were obtained compared to the case where the same exposure imaging was performed for each of the different exposure conditions during the different exposure imaging. Image processing can be reduced. In order to execute the same exposure imaging, the exposure condition is stored in the exposure condition storage unit 17, and the condition is read out via the exposure condition reading unit 18.

尚、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problem described in the column of problems to be solved by the invention can be solved and the effect of the invention can be obtained. The configuration in which this component is deleted can also be extracted as an invention.

1…撮像部、2…撮像制御部、3…撮像設定部、4…画像取得部、5…画像合成部、6…合成画像記憶部、7…階調変換部、8…異露光撮像設定部、9…同露光撮像設定部、10…ダイナミックレンジ推定部、11…シーン輝度取得部、12…ダイナミックレンジ算出部、13…異露光撮像回数算出部、14…階調変換曲線算出部、15…増幅率算出部、16…輝度範囲選択部、17…露光条件記憶部、18…露光条件読出部、19…同露光撮像回数算出部、20…バッファ部、21…局所領域抽出部、22…ノイズ量算出部、23…算出部、24…輝度範囲特定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging part, 2 ... Imaging control part, 3 ... Imaging setting part, 4 ... Image acquisition part, 5 ... Image composition part, 6 ... Composite image memory | storage part, 7 ... Gradation conversion part, 8 ... Different exposure imaging setting part , 9 ... Same exposure imaging setting unit, 10 ... Dynamic range estimation unit, 11 ... Scene luminance acquisition unit, 12 ... Dynamic range calculation unit, 13 ... Different exposure imaging number calculation unit, 14 ... Tone conversion curve calculation unit, 15 ... Amplification factor calculation unit, 16 ... luminance range selection unit, 17 ... exposure condition storage unit, 18 ... exposure condition reading unit, 19 ... same exposure imaging number calculation unit, 20 ... buffer unit, 21 ... local region extraction unit, 22 ... noise Amount calculation unit, 23... Calculation unit, 24... Luminance range specifying unit.

Claims (10)

露光条件の異なる異露光撮像を複数回数行って複数枚数の異露光撮像画像を取得する異露光画像取得手段と、
前記異露光撮像画像のそれぞれの撮像時の露光条件を記憶する露光条件記憶手段と、
前記複数枚数の異露光撮像画像を合成してダイナミックレンジ拡大画像を生成するダイナミックレンジ拡大画像生成手段と、
前記ダイナミックレンジ拡大画像について階調変換曲線を算出する階調変換曲線算出手段と、
前記階調変換曲線からコントラスト増幅率を算出する増幅率算出手段と、
前記コントラスト増幅率に基づいて、前記ダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択する輝度範囲選択手段と、
前記輝度範囲に対応する露光条件を前記露光条件記憶手段より読み出す露光条件読出手段と、
前記輝度範囲、前記コントラスト増幅率及び前記輝度範囲に対応する露光条件に基づいて、同露光撮像回数を算出する同露光撮像回数算出手段と、
前記輝度範囲に対応する露光条件を用いて複数回数の同露光撮像を行って複数枚数の同露光撮像画像を取得する同露光画像取得手段と、
前記ダイナミックレンジ拡大画像に前記複数枚数の同露光撮像画像を合成して合成画像を生成する画像合成手段と、
前記合成画像に対し前記階調変換曲線に基づき階調変換を行う階調変換手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
Different exposure image acquisition means for performing different exposure imaging with different exposure conditions a plurality of times to acquire a plurality of different exposure captured images;
Exposure condition storage means for storing an exposure condition at the time of capturing each of the different exposure captured images;
A dynamic range expansion image generation means for generating a dynamic range expansion image by combining the plurality of different exposure captured images;
A gradation conversion curve calculating means for calculating a gradation conversion curve for the dynamic range expanded image;
An amplification factor calculating means for calculating a contrast amplification factor from the gradation conversion curve;
Luminance range selection means for selecting a specific luminance range in the dynamic range expanded image based on the contrast amplification factor;
Exposure condition reading means for reading exposure conditions corresponding to the brightness range from the exposure condition storage means;
Based on the brightness range, the contrast amplification factor, and an exposure condition corresponding to the brightness range, the same exposure imaging number calculation means for calculating the same exposure imaging number;
Same exposure image acquisition means for acquiring a plurality of same exposure captured images by performing a plurality of times of same exposure imaging using an exposure condition corresponding to the brightness range;
Image combining means for generating a combined image by combining the plurality of the same exposure captured images with the dynamic range expanded image;
Gradation conversion means for performing gradation conversion on the composite image based on the gradation conversion curve;
An imaging apparatus comprising:
前記輝度範囲選択手段は、
前記コントラスト増幅率における閾値を設定する閾値設定手段と、
前記コントラスト増幅率と前記閾値とを比較して前記ダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The luminance range selection means includes
Threshold setting means for setting a threshold for the contrast amplification factor;
A selection means for comparing the contrast amplification factor and the threshold to select a specific luminance range in the dynamic range expanded image;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
前記輝度範囲選択手段は、
閾値を設定する閾値設定手段と、
前記ダイナミックレンジ拡大画像からノイズ量を算出するノイズ量算出手段と、
前記コントラスト増幅率及び前記ノイズ量を用いて算出した値と、前記閾値とを比較して前記ダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The luminance range selection means includes
Threshold setting means for setting a threshold;
A noise amount calculating means for calculating a noise amount from the dynamic range enlarged image;
A selection means for selecting a specific luminance range in the dynamic range expanded image by comparing the threshold value with a value calculated using the contrast amplification factor and the noise amount;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
前記ノイズ量算出手段は、
前記ダイナミックレンジ拡大画像の注目画素を中心とする局所領域を抽出する局所領域抽出手段と、
前記局所領域中の画像に対してノイズ量を算出する局所領域ノイズ量算出手段と、
前記局所領域中のノイズ量を用いて前記ダイナミックレンジ拡大画像全体のノイズ量を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
The noise amount calculating means includes
A local region extracting means for extracting a local region centered on the target pixel of the dynamic range expanded image;
A local area noise amount calculating means for calculating a noise amount for an image in the local area;
A calculation means for calculating a noise amount of the entire dynamic range expanded image using a noise amount in the local region;
The imaging apparatus according to claim 3, further comprising:
前記階調変換曲線算出手段は、
前記撮像装置において予め設定された階調変換曲線を記憶する階調変換曲線記憶手段と、
前記階調変換曲線記憶手段より階調変換曲線を読み出す階調変換曲線読出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The gradation conversion curve calculation means includes:
Gradation conversion curve storage means for storing a gradation conversion curve set in advance in the imaging apparatus;
Gradation conversion curve reading means for reading out the gradation conversion curve from the gradation conversion curve storage means;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
前記階調変換曲線算出手段は、
前記ダイナミックレンジ拡大画像からヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段と、
前記ヒストグラムに対してクリップ処理を行うクリッピング手段と、
前記クリップ処理が行われたヒストグラムの累積値を算出する累積値算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The gradation conversion curve calculation means includes:
A histogram calculating means for calculating a histogram from the dynamic range expanded image;
Clipping means for performing clip processing on the histogram;
A cumulative value calculating means for calculating a cumulative value of the histogram subjected to the clip processing;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
前記露光条件は、絞り値、シャッター速度及びISO感度を含むことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the exposure condition includes an aperture value, a shutter speed, and ISO sensitivity. 前記ダイナミックレンジ拡大画像生成手段は、
前記複数枚数の異露光撮像画像の輝度値に基づいて重み付け係数を算出する重み付け算出手段と、
前記重み付け係数に基づき前記複数枚数の異露光撮像画像の重み付け加算を行う加算手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The dynamic range expanded image generation means includes
A weighting calculating means for calculating a weighting coefficient based on a luminance value of the plurality of different-exposure captured images;
Adding means for performing weighted addition of the plurality of different exposure captured images based on the weighting coefficient;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
前記同露光画像取得手段は、
前記特定輝度範囲から代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、
前記代表輝度値に対する増幅率を算出する代表輝度値増幅率算出手段と、
を備え、
前記同露光撮像回数算出手段は、前記代表輝度値及び前記代表輝度値に対する増幅率を用いて同露光撮像回数を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The same exposure image acquisition means,
Representative luminance value calculating means for calculating a representative luminance value from the specific luminance range;
Representative luminance value amplification factor calculating means for calculating an amplification factor for the representative luminance value;
With
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the same-exposure imaging number calculation unit calculates the same-exposure imaging number using the representative luminance value and an amplification factor for the representative luminance value.
撮像手段によって露光条件の異なる異露光撮像を複数回数行って複数枚数の異露光撮像画像を取得し、
前記異露光撮像画像撮像時の露光条件を記憶手段に記憶し、
前記複数枚数の異露光撮像画像を合成してダイナミックレンジ拡大画像を生成し、
前記ダイナミックレンジ拡大画像について階調変換曲線を算出し、
前記階調変換曲線からコントラスト増幅率を算出し、
前記コントラスト増幅率に基づいて、前記ダイナミックレンジ拡大画像における特定の輝度範囲を選択し、
前記輝度範囲に対応する露光条件を前記記憶手段より読み出し、
前記輝度範囲、前記コントラスト増幅率及び前記輝度範囲に対応する露光条件に基づいて、同露光撮像回数を算出し、
前記撮像手段によって前記輝度範囲に対応する露光条件を用いて複数回数の同露光撮像を行って複数枚数の同露光撮像画像を取得し、
前記ダイナミックレンジ拡大画像に前記複数枚数の同露光撮像画像を合成して合成画像を生成し、
前記合成画像に対し前記階調変換曲線に基づき階調変換を行う
ことを特徴とする撮像方法。
A plurality of different-exposure captured images are obtained by performing a plurality of different-exposure imaging with different exposure conditions by the imaging means,
Storing the exposure condition at the time of capturing the different exposure captured image in a storage means;
A dynamic range expansion image is generated by combining the plurality of different exposure captured images,
Calculating a gradation conversion curve for the dynamic range expanded image;
Calculate the contrast amplification factor from the gradation conversion curve,
Based on the contrast amplification factor, select a specific luminance range in the dynamic range expansion image,
Read the exposure conditions corresponding to the luminance range from the storage means,
Based on the exposure range corresponding to the brightness range, the contrast amplification factor and the brightness range, the number of exposure exposure imaging,
A plurality of times of the same exposure imaging is performed by using the exposure means corresponding to the luminance range by the imaging means to obtain a plurality of the same exposure captured images,
Combining the plurality of same-exposure captured images with the dynamic range expanded image to generate a combined image;
An imaging method, wherein gradation conversion is performed on the composite image based on the gradation conversion curve.
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