JP2009181508A - Image processing device, inspection system, image processing method, image processing program, computer-readable recording medium recording the program - Google Patents

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博之 中井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform super-resolution processing while reducing the effect of a noise component contained in pick-up image data. <P>SOLUTION: The super-resolution processing part 12 includes an image update part 12c which repeats update processing for updating high-resolution image data so as to minimize the value of an evaluation function showing an error between the high-resolution image data higher in resolution than pick-up image data, which is generated based on a plurality of pick-up image data, and noise removed image data obtained by removing the noise component from each of the plurality of pickup image data until the error becomes a predetermined threshold or less. Since the image update part 12c generates the noise removed image data by subtracting from each of the pick-up image data the noise component contained therein, and updates each noise image data so as to minimize the error, the effect of the noise component in super-resolution processing can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の低解像度画像から高解像度画像を生成する画像処理装置等に関し、特に再構成型超解像処理に関する。   The present invention relates to an image processing apparatus that generates a high-resolution image from a plurality of low-resolution images, and more particularly to a reconstruction type super-resolution process.

高精細な画像(動画像または静止画像)を撮像するための撮像装置や、自動で検査対象物の欠陥検査を行う自動検査装置等においては、撮像対象(または検査対象物)の細部まで鮮明に撮像する必要がある。そして、細部まで鮮明な撮像を行うためには、解像度の高い画像が撮像できる高解像度の撮像装置が求められる。   In imaging devices for capturing high-definition images (moving images or still images), automatic inspection devices that automatically inspect defects in inspection objects, and so on, the details of the imaging object (or inspection object) are clear. Need to image. In order to perform clear imaging in detail, a high-resolution imaging device that can capture a high-resolution image is required.

しかしながら、撮像対象を撮像した画像を高精細な表示装置に出力する場合、及び検査対象物の細部に対してより詳細に検査を実施する場合等には、最新のエリアセンサを用いても十分な解像度を得ることができなくなってきている。   However, it is sufficient to use the latest area sensor when outputting an image obtained by imaging an imaging target to a high-definition display device, or when performing a more detailed inspection on the details of the inspection object. It is becoming impossible to obtain the resolution.

そのため、超解像処理やイメージシフト処理等によって、複数の低解像度画像から1枚の高解像度画像を生成する高解像度化処理を行うことによって必要な解像度の画像を取得する手法や、撮像装置の台数を増やし、撮像装置一台当たりの撮像面積を小さくすることによって必要な解像度の画像を取得する手法が用いられている。   Therefore, a technique for acquiring an image with a necessary resolution by performing a high resolution process for generating a single high resolution image from a plurality of low resolution images by super-resolution processing, image shift processing, or the like, A technique for acquiring an image with a necessary resolution by increasing the number and reducing the imaging area per imaging apparatus is used.

前者の高解像度化手法は、後者の複数台の撮像装置を用いる手法と比較すると、1)撮像時間が多くかかる、2)高解像度化画像生成のための画像処理が必要である等のデメリットもあるが、1)撮像装置、例えばカメラのコストが安くなる、2)メンテナンス性が良い等のメリットがある。   Compared with the latter method using a plurality of imaging devices, the former high resolution method has the following disadvantages: 1) It takes a lot of imaging time, and 2) Image processing for generating a high resolution image is necessary. However, there are merits such as 1) the cost of the imaging device, for example, the camera is reduced, and 2) good maintainability.

本発明は、上記高解像度化手法に関するものである。高解像度化手法は、位置ずれのある複数の低解像度画像から、1つの高解像度画像を生成する手法であり、大きく分類してイメージシフト処理と超解像処理との2種類に分けられる。   The present invention relates to the resolution enhancement technique. The high resolution technique is a technique for generating one high resolution image from a plurality of low resolution images having a positional shift, and is roughly classified into two types, image shift processing and super-resolution processing.

イメージシフト処理は、生成される高解像度画像において、撮像された低解像度画像の画素に対応する画素を、その低解像度画像の画素の輝度値に基づいて高解像度画像にマッピングする手法である。   The image shift process is a technique for mapping a pixel corresponding to a pixel of a captured low resolution image to a high resolution image based on the luminance value of the pixel of the low resolution image in the generated high resolution image.

一方、超解像処理は、複数の低解像度画像より1つの高解像度画像を推定する処理であり、例えば、ML(Maximum-likelihood)法、MAP(Maximum A Posterior)法や、POCS(Projection On to Convex Set)法など、様々な超解像処理方法が提案されている。   On the other hand, the super-resolution processing is processing for estimating one high-resolution image from a plurality of low-resolution images. For example, the ML (Maximum-likelihood) method, the MAP (Maximum A Posterior) method, the POCS (Projection On to Various super-resolution processing methods such as the Convex Set method have been proposed.

ML法とは、高解像度画像から推定された低解像度画像の画素値と、実際に観測された画素値との二乗誤差を高解像度化の評価関数とし、この評価関数を最小化するような高解像度画像を推定画像とする方法である。つまり、ML法とは、最尤推定の原理に基づく超解像処理方法である。   The ML method uses a square error between a pixel value of a low-resolution image estimated from a high-resolution image and an actually observed pixel value as an evaluation function for increasing the resolution, and a high level that minimizes this evaluation function. This is a method of using a resolution image as an estimated image. That is, the ML method is a super-resolution processing method based on the principle of maximum likelihood estimation.

また、MAP法とは、二乗誤差に高解像度画像の確率情報を付加した評価関数を最小化するような高解像度画像を推定する方法である。つまり、ML法とは、高解像度画像に対するある先見情報を利用して、事後確率を最大化する最適化問題として高解像度画像を推定する超解像処理方法である。   The MAP method is a method for estimating a high-resolution image that minimizes an evaluation function obtained by adding probability information of a high-resolution image to a square error. That is, the ML method is a super-resolution processing method that estimates a high-resolution image as an optimization problem that maximizes the posterior probability by using some foresight information for the high-resolution image.

そして、POCS法とは、高解像度画像と低解像度画像との画素値に関して連立方程式を作成し、その方程式を逐次的に解くことにより、高解像度画像を得る超解像処理方法である。   The POCS method is a super-resolution processing method for obtaining a high-resolution image by creating simultaneous equations for pixel values of a high-resolution image and a low-resolution image and solving the equations sequentially.

これらの超解像処理は、まず、高解像度画像を仮定し、そして仮定した高解像度画像から、撮像装置のカメラモデルから得られる点広がり関数(PSF関数:point spread function)に基づき、全ての低解像度画像の画素について、その画素値を推定し、その推定値と観測された画素値(観測値)との差が小さくなるような高解像度画像を探索するという処理を有している。そのため、これらの超解像処理は、再構成型超解像処理方法と呼ばれている。   These super-resolution processes first assume a high-resolution image, and based on the point spread function (PSF function) obtained from the assumed high-resolution image from the camera model of the imaging apparatus, The pixel value of the pixel of the resolution image is estimated, and a process of searching for a high-resolution image that reduces the difference between the estimated value and the observed pixel value (observed value) is included. Therefore, these super-resolution processes are called reconfigurable super-resolution processing methods.

イメージシフト処理では、低解像度画像の全画素を高解像度画像の画素にマッピングする必要があるため、低解像度画像の撮像位置及び撮像枚数は固定である。これに対して、超解像処理では、低解像度画像の撮像位置は既知であればよく、使用する低解像度画像の枚数にも制限はない。なお、超解像処理で行われる画素値の推定処理は繰返し演算であるため、概して超解像処理はイメージシフト処理と比較すると計算コストが高くなる。   In the image shift process, it is necessary to map all the pixels of the low-resolution image to the pixels of the high-resolution image. On the other hand, in the super-resolution processing, the imaging position of the low resolution image only needs to be known, and the number of low resolution images to be used is not limited. Note that the pixel value estimation process performed in the super-resolution process is an iterative operation, and thus the super-resolution process generally requires higher calculation cost than the image shift process.

ここで、従来の超解像処理の原理について説明する。上述のように、超解像処理は、生成される高解像度画像に対して定義される評価関数の最適化問題として定式化される。つまり、再構成型超解像処理は、「推定された低解像度画像」と「観測された観測画像」との二乗誤差に基づく評価関数(誤差項)の最適化問題に帰着される。   Here, the principle of conventional super-resolution processing will be described. As described above, the super-resolution processing is formulated as an optimization problem of the evaluation function defined for the generated high-resolution image. That is, the reconstruction type super-resolution processing is reduced to an optimization problem of an evaluation function (error term) based on a square error between the “estimated low-resolution image” and the “observed observed image”.

なお、超解像処理は、未知数の非常に大きな最適化計算であるため、その評価関数の最適化には例えば最急降下法などの繰返し計算法がよく利用される。このとき、繰返し毎に、評価関数と当該評価関数の高解像度画像に対する微分とを計算する必要がある。   Note that since the super-resolution processing is an optimization calculation with a very large number of unknowns, for example, an iterative calculation method such as the steepest descent method is often used to optimize the evaluation function. At this time, it is necessary to calculate the evaluation function and the derivative of the evaluation function with respect to the high-resolution image for each iteration.

また、高解像度画像データの特性が既知である場合には、その高解像度画像データの特性に基づく評価関数(拘束項)を評価関数(誤差項)に付加してもよい。例えば、高解像度画像データのエッジ成分が小さいことが予めわかっている場合には、高解像度画像データにラプラシアンフィルタを乗じた画像データに基づく評価関数(拘束項)を付加すればよい。これにより、高解像度画像データのエッジ成分が小さいということを超解像処理に反映させることができるので、高解像度化の精度を向上させることができる。   When the characteristics of the high resolution image data are known, an evaluation function (constraint term) based on the characteristics of the high resolution image data may be added to the evaluation function (error term). For example, when it is known in advance that the edge component of the high resolution image data is small, an evaluation function (constraint term) based on image data obtained by multiplying the high resolution image data by a Laplacian filter may be added. As a result, the fact that the edge component of the high-resolution image data is small can be reflected in the super-resolution processing, so that the accuracy of increasing the resolution can be improved.

以下では、従来の超解像処理方法の詳細について説明する。なお、ここでは、n枚の撮像画像データから1枚の高解像度画像データを生成することを想定している。この場合には、超解像処理に用いる評価関数は例えば下記数式(1)で表され、超解像処理はこの評価関数を最小化する処理として表現される。   Details of the conventional super-resolution processing method will be described below. Here, it is assumed that one piece of high-resolution image data is generated from n pieces of captured image data. In this case, the evaluation function used for the super-resolution processing is expressed by, for example, the following mathematical formula (1), and the super-resolution processing is expressed as processing for minimizing the evaluation function.

Figure 2009181508
Figure 2009181508

上記数式(1)は、MAP法と呼ばれる超解像処理手法にて使用される評価関数である。数式(1)は、上記のように誤差項と拘束項とから成る数式であり、誤差項にはB、h、及びyの文字が含まれ、拘束項にはw、L、及びhの文字が含まれている。MAP法では、この数式(1)が最小化されるように演算を行うことによって、高解像度画像データを生成する。 The above mathematical formula (1) is an evaluation function used in a super-resolution processing method called a MAP method. Equation (1) is an equation comprised of a constraint term and the error term as described above, the error term is included characters B n, h, and y n, the restraint section w, L, and h Is included. In the MAP method, high-resolution image data is generated by performing an operation so that Equation (1) is minimized.

hはn枚の撮像画像データから生成される高解像度画像データをベクトルで表現したものであり、yはn枚全ての撮像画像データをベクトルで表現したものである。yは、下記数式(2)で表され、数式(2)においてx(i=1〜n)は、1枚目からn枚目までの各撮像画像データをベクトルで表現したものである。 h is obtained by expressing the high resolution image data generated from the n pieces of captured image data in vector, y n is a representation by a vector of all n pieces of captured image data. y n is expressed by the following mathematical formula (2), and in the mathematical formula (2), x i (i = 1 to n) represents each captured image data from the first image to the n-th image as a vector. .

なお、画像データのベクトル表現は、画像データの構成要素を一列に並べた1行のベクトルとして表現したものを指す。例えば、画像データを構成する要素のサイズが横W×縦Hである場合には、当該画像データは、1行×(W×H)列のベクトルとして表現される。   Note that the vector representation of image data refers to a representation of image data components as a single row vector arranged in a line. For example, when the size of the elements constituting the image data is W × H, the image data is expressed as a vector of 1 row × (W × H) columns.

は、高解像度画像データをそれぞれの撮像画像データの撮像位置に位置合わせした後、上記撮像画像データを取得するために用いた撮像装置のカメラモデルから得られる点広がり関数(PSF関数)のカーネルを畳み込んで低解像度化する処理を行列として表現したものであり、下記数式(3)で表される。 B n is a point spread function (PSF function) obtained from the camera model of the imaging apparatus used to acquire the captured image data after the high-resolution image data is aligned with the imaging position of each captured image data. The process of convolution of the kernel to reduce the resolution is expressed as a matrix, and is expressed by the following formula (3).

Figure 2009181508
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Figure 2009181508
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数式(3)において、M(i=1〜n)は、高解像度画像データを撮像画像データの撮像位置に位置合わせをした後、撮像画像データの各撮像素子の位置に相当する画素の輝度値をサンプリングするための行列である。したがって、Mを乗じることによって、高解像度画像データは、撮像画像データの撮像位置に位置合わせされると共に、解像度(要素数)が撮像画像データと同じになる。そして、数式(1)において、CはカメラモデルのPSFを畳み込んで高解像度画像データをぼかす処理を表す行列である。Cを乗じることによって、高解像度画像データに光学ボケの影響が加味される。 In Equation (3), M i (i = 1 to n) is the luminance of the pixel corresponding to the position of each image sensor of the captured image data after the high-resolution image data is aligned with the imaging position of the captured image data. A matrix for sampling values. Therefore, by multiplying the M i, the high resolution image data, while being aligned with the imaging position of the captured image data, the resolution (number of elements) is the same as the captured image data. In Equation (1), C is a matrix representing a process of convolving the PSF of the camera model to blur the high resolution image data. By multiplying C, the influence of optical blur is added to the high-resolution image data.

したがって、高解像度画像データhにBを畳み込むことによって、高解像度画像データは、撮像画像データに位置合わせされると共に低解像度化され、さらに光学ボケの影響が反映された画像データBhとなる。ここでは、この画像データBhを擬似低解像度画像データと呼ぶ。擬似低解像度画像データBhと撮像画像データyとの差分が、数式(1)における誤差項である。 Therefore, by convolving B n with the high resolution image data h, the high resolution image data is aligned with the captured image data, the resolution is reduced, and the image data B n h reflecting the influence of optical blur and Become. Here, this image data B n h is referred to as pseudo low-resolution image data. The difference between the pseudo low-resolution image data B n h and the captured image data y n is an error term in Equation (1).

一方、上記数式(1)における拘束項は、高解像度画像データの事前確率情報を表す行列Lと高解像度画像データhと拘束項の強さを表すパラメータであるwとで表されている。このような拘束項を高解像度化評価関数に組み込むことにより、高解像度画像データの事前確率情報を反映させて、より高精度な超解像処理を行うことができる。   On the other hand, the constraint term in the above formula (1) is represented by a matrix L representing prior probability information of the high resolution image data, high resolution image data h, and w which is a parameter representing the strength of the constraint term. By incorporating such a constraint term into the high resolution evaluation function, it is possible to reflect the prior probability information of the high resolution image data and perform a more accurate super-resolution process.

このような評価関数(数式(1))を用いた従来の超解像処理方法について図9に基づいて説明する。図9は、従来の超解像処理方法を説明するための図である。超解像処理は、n枚の撮像画像データと該n枚の撮像画像データから推定される高解像度画像データとの差分が所定の値より小さくなるまで繰り返し演算を行うことによって行われる。   A conventional super-resolution processing method using such an evaluation function (formula (1)) will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional super-resolution processing method. The super-resolution processing is performed by repeatedly calculating until the difference between the n pieces of captured image data and the high-resolution image data estimated from the n pieces of captured image data is smaller than a predetermined value.

したがって、超解像処理は、n枚の撮像画像データとの差異が小さい高解像度画像データを生成する処理と表現することができ、n枚の撮像画像データとの差異が小さいほど、n枚の撮像画像データをより正確に反映した精度の高い高解像度画像データであると言える。   Therefore, the super-resolution processing can be expressed as processing for generating high-resolution image data having a small difference from n pieces of captured image data. The smaller the difference from n pieces of captured image data, the more n pieces of image data. It can be said that it is high-resolution image data with high accuracy that reflects the captured image data more accurately.

図示のように、超解像処理では、まず、高解像度画像データを光学劣化シミュレートして得られた擬似低解像度画像データから、入力された撮像画像データが減算されて、差分画像データが生成される。なお、光学劣化シミュレートとは、高解像度画像データと撮像画像データとの差分を計算するために行う処理であり、高解像度画像データを撮像画像データに位置合わせすると共に、高解像度画像データの解像度を撮像画像データと同等にし、さらに撮像画像データを取得するために用いた撮像装置のカメラモデルから得られる点広がり関数を乗じて複数の擬似低解像度画像データを生成する(擬似的に低解像度化する)処理である。   As shown in the figure, in the super-resolution processing, first, difference image data is generated by subtracting input captured image data from pseudo-low resolution image data obtained by optical degradation simulation of high resolution image data. Is done. The optical degradation simulation is a process performed to calculate the difference between the high resolution image data and the captured image data. The high resolution image data is aligned with the captured image data and the resolution of the high resolution image data is determined. To generate a plurality of pseudo low-resolution image data by multiplying the point spread function obtained from the camera model of the imaging device used to acquire the captured image data (pseudo-resolution reduction) Process).

すなわち、図9における擬似低解像度画像データは数式(1)のBhに対応しており、撮像画像データはyに対応している。そして、差分画像データは(Bh−y)に対応している。このようにして算出した差分画像データを数式(1)に代入することにより、評価関数の値を算出することができる。 That is, the pseudo low-resolution image data in FIG. 9 corresponds to B n h in Equation (1), the captured image data corresponds to y n. The difference image data corresponds to (B n h−y n ). The value of the evaluation function can be calculated by substituting the difference image data calculated in this way into Equation (1).

ここで、上述のように、超解像処理では、評価関数の値が小さいほど高解像度化が高精度に行われたことを示している。そこで、超解像処理では、評価関数と予め定めた閾値とを比較し、評価関数の値が閾値よりも小さい場合に、十分な精度の高解像度画像データが生成されたと判断して超解像処理を終了する。   Here, as described above, in the super-resolution processing, the smaller the value of the evaluation function, the higher the resolution is achieved. Therefore, in the super-resolution processing, the evaluation function is compared with a predetermined threshold value, and when the value of the evaluation function is smaller than the threshold value, it is determined that sufficiently high-resolution image data has been generated and super-resolution is performed. The process ends.

一方、評価関数の値が閾値以上である場合には、高解像度画像データの高解像度化精度が十分ではないと判断して高解像度画像データの更新を行う。高解像度画像データは、評価関数の値が小さくなるように更新される。この処理には、例えば最急降下法のような公知の繰り返し演算法を適用することができる。   On the other hand, if the value of the evaluation function is equal to or greater than the threshold value, the high resolution image data is updated by determining that the high resolution accuracy of the high resolution image data is not sufficient. The high resolution image data is updated so that the value of the evaluation function becomes small. For this processing, for example, a known iterative calculation method such as the steepest descent method can be applied.

そして、超解像処理では、このようにして求めた新たな高解像度画像データを光学劣化シミュレートし、撮像画像データとの差分をとって差分画像データを生成する。この繰り返しにより、所望の高解像度化精度を有する高解像度画像データを生成するようになっている。   In the super-resolution processing, the new high-resolution image data obtained in this way is optically simulated, and difference with the captured image data is generated to generate difference image data. By repeating this, high-resolution image data having desired high resolution accuracy is generated.

ところで、下記の特許文献1に記載されているように、超解像処理に用いる撮像画像データには、ノイズ成分が含まれている。ノイズ成分が含まれる原因としては、例えば下記の(i)〜(iii)が挙げられる。
(i)撮像素子の素子ごとの感度ばらつき
(ii)同一撮像素子における撮像ごと輝度値の変動
(iii)撮像後のデータ転送によってランダムに発生するノイズ
このようなノイズ成分を含む撮像画像データを用いて超解像処理を行った場合に生成される高解像度画像データは、当然のことながらノイズ成分の影響を含むものとなってしまい、その結果S/Nが低下してしまうという問題がある。
Incidentally, as described in Patent Document 1 below, captured image data used for super-resolution processing includes a noise component. Examples of the cause of including the noise component include the following (i) to (iii).
(I) Sensitivity variation for each element of the image sensor (ii) Fluctuation of luminance value for each image capture in the same image sensor (iii) Noise randomly generated by data transfer after imaging Using captured image data including such noise components Therefore, the high-resolution image data generated when the super-resolution processing is performed naturally includes the influence of the noise component, and as a result, there is a problem that the S / N is lowered.

ノイズ成分の影響を軽減させる方法としては、下記の特許文献2に記載されているような、撮像画像データの情報を拘束項として組み込む方法が提案されている。また、下記の特許文献3に記載されているように、平滑化処理によって高周波のノイズ成分の影響を除去する方法も提案されている。
特開2002−247454号公報(2002年8月30日公開) 特開2006−309649号公報(2006年11月9日公開) 特開2006−203717号公報(2006年8月3日公開)
As a method for reducing the influence of the noise component, a method for incorporating captured image data information as a constraint term as described in Patent Document 2 below has been proposed. Further, as described in Patent Document 3 below, a method of removing the influence of high frequency noise components by smoothing processing has also been proposed.
JP 2002-247454 A (published on August 30, 2002) JP 2006-309649 A (published on November 9, 2006) JP 2006-203717 A (released on August 3, 2006)

しかしながら、上記特許文献2に記載の方法では、拘束項を追加することにより、ノイズの影響は軽減されるものの、シグナル(高解像度画像データの出力)も相対的に低下してしまうので、S/Nを大幅に向上させることは難しい。また、上記特許文献3に記載の方法においても、撮像画像データの撮像対象が高周波成分を含んでいる場合には、この高周波成分がノイズ成分と共に除去されてしまうので、S/Nを大幅に向上させることは難しい。   However, in the method described in Patent Document 2, although the influence of noise is reduced by adding a constraint term, the signal (output of high-resolution image data) is also relatively lowered. It is difficult to significantly improve N. Also in the method described in Patent Document 3, when the imaging target of the captured image data includes a high-frequency component, the high-frequency component is removed together with the noise component, so that the S / N is greatly improved. It is difficult to let

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像画像データに含まれるノイズ成分の影響を低減して高精度に超解像処理を行うことができる画像処理装置等を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus capable of performing super-resolution processing with high accuracy by reducing the influence of noise components included in captured image data. It is in realizing.

本発明の画像処理装置は、上記の課題を解決するために、複数の原画像データに基づいて生成された、当該原画像データよりも解像度の高い高解像度画像データと、上記複数の原画像データのそれぞれからノイズ成分を除去したノイズ除去画像データとの誤差が小さくなるように上記高解像度画像データを更新する更新処理を、上記誤差が予め定めた閾値より小さくなるまで繰り返し行う画像処理装置であって、上記更新処理を行うときに、上記各原画像データのそれぞれから、当該原画像データに含まれるノイズ成分を示すノイズ画像データを引くことによって上記ノイズ除去画像データを生成するノイズ除去手段と、上記更新処理において上記誤差が上記閾値以上である場合に、上記誤差が小さくなるように上記ノイズ画像データを更新するノイズ画像更新手段とを備えていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, an image processing apparatus according to the present invention generates high-resolution image data having a higher resolution than the original image data generated based on the plurality of original image data, and the plurality of original image data. An image processing apparatus that repeatedly performs update processing for updating the high-resolution image data so that an error with noise-removed image data from which noise components have been removed from each of the image data becomes smaller than a predetermined threshold value. When performing the update process, noise removing means for generating the noise-removed image data by subtracting noise image data indicating a noise component included in the original image data from each of the original image data, When the error is greater than or equal to the threshold value in the update process, the noise image data is updated so that the error is reduced. Is characterized by comprising a noise image updating means that.

また、本発明の画像処理方法は、上記の課題を解決するために、複数の原画像データに基づいて生成された、当該原画像データよりも解像度の高い高解像度画像データと、上記複数の原画像データのそれぞれからノイズ成分を除去したノイズ除去画像データとの誤差が小さくなるように上記高解像度画像データを更新する更新処理を、上記誤差が予め定めた閾値より小さくなるまで繰り返し行う画像処理装置の画像処理方法であって、上記更新処理を行うときに、上記各原画像データのそれぞれから、当該原画像データに含まれるノイズ成分を示すノイズ画像データを引くことによって上記ノイズ除去画像データを生成するノイズ除去ステップと、上記更新処理において上記誤差が上記閾値以上である場合に、上記誤差が小さくなるように上記ノイズ画像データを更新するノイズ画像更新ステップとを含むことを特徴としている。   Further, in order to solve the above problems, the image processing method of the present invention generates high-resolution image data having a higher resolution than the original image data generated based on the plurality of original image data, and the plurality of original images. An image processing apparatus that repeatedly performs update processing for updating the high-resolution image data so that an error from noise-removed image data obtained by removing noise components from each of the image data is reduced until the error becomes smaller than a predetermined threshold value. When the update process is performed, the noise-removed image data is generated by subtracting noise image data indicating a noise component included in the original image data from each of the original image data. Noise removal step, and when the error is greater than or equal to the threshold in the update process, the error is reduced. It is characterized in that it comprises a noise image update step of updating the noise image data.

上述のように、複数の原画像データに基づいて生成された高解像度画像データと、上記複数の原画像データとの誤差が小さくなるように上記高解像度画像データを更新する更新処理を、上記誤差が予め定めた閾値より小さくなるまで繰り返し行うことによって、所望の高解像度化精度の高解像度画像データを生成することは、従来から行われている。   As described above, an update process for updating the high-resolution image data so that an error between the high-resolution image data generated based on the plurality of original image data and the plurality of original image data is reduced. It has been conventionally performed to generate high-resolution image data with desired high resolution accuracy by repeatedly performing until the value becomes smaller than a predetermined threshold value.

具体的には、高解像度画像データは、以下のようにして更新される。すなわち、高解像度画像データと原画像データとの差分画像データを生成し、生成した差分画像データを予め定めた評価関数に代入して、上記高解像度画像データと原画像データとの誤差を示す評価値を算出し、該算出した評価値と上記閾値とを比較する。そして、上記評価値が閾値以上である場合に、例えば最急降下法等の公知の繰り返し演算手法を用いて、上記評価値が小さくなるように高解像度画像データを更新する。   Specifically, the high resolution image data is updated as follows. That is, the difference image data between the high resolution image data and the original image data is generated, and the generated difference image data is substituted into a predetermined evaluation function to evaluate the error between the high resolution image data and the original image data. A value is calculated, and the calculated evaluation value is compared with the threshold value. And when the said evaluation value is more than a threshold value, high resolution image data is updated so that the said evaluation value may become small using well-known repeated calculation methods, such as the steepest descent method, for example.

ここで、上記本発明の構成によれば、原画像データの代わりに、原画像データから当該原画像データのノイズ成分を示すノイズ画像データを差し引いて生成されたノイズ除去画像データを用いている。   Here, according to the configuration of the present invention, noise-removed image data generated by subtracting noise image data indicating a noise component of the original image data from the original image data is used instead of the original image data.

すなわち、上記本発明の構成では、高解像度画像データと、上記複数の原画像データのそれぞれからノイズ成分を除去したノイズ除去画像データとの誤差が小さくなるように更新処理が行われる。   That is, in the configuration of the present invention, the update process is performed so that the error between the high-resolution image data and the noise-removed image data obtained by removing the noise component from each of the plurality of original image data is reduced.

したがって、原画像データに含まれるノイズ成分が高解像度画像データの更新に与える影響を軽減して、原画像データの被写体の形状及び色彩を正確に反映させた高精細な高解像度画像データを生成することが可能になる。   Therefore, the influence of noise components included in the original image data on the update of the high-resolution image data is reduced, and high-definition high-resolution image data that accurately reflects the shape and color of the subject of the original image data is generated. It becomes possible.

なお、より具体的には、本発明では、高解像度画像データとノイズ除去画像データとの差分画像データを生成し、生成した差分画像データを予め定めた評価関数に代入して、上記高解像度画像データとノイズ除去画像データとの誤差を示す評価値を算出し、該算出した評価値と上記閾値とを比較する。そして、上記評価値が閾値以上である場合に、例えば最急降下法等の公知の繰り返し演算手法を用いて、上記評価値が小さくなるように高解像度画像データを更新する。   More specifically, in the present invention, difference image data between the high-resolution image data and the noise-removed image data is generated, and the generated difference image data is substituted into a predetermined evaluation function to obtain the high-resolution image. An evaluation value indicating an error between the data and the noise-removed image data is calculated, and the calculated evaluation value is compared with the threshold value. And when the said evaluation value is more than a threshold value, high resolution image data is updated so that the said evaluation value may become small using well-known repeated calculation methods, such as the steepest descent method, for example.

また、ノイズ画像データは、高解像度画像データとノイズ除去画像データとの誤差、すなわち高解像度画像データとノイズ除去画像データとを評価関数に代入して求めた評価関数の値である評価値が予め定めた閾値以上である場合に、誤差が小さくなるように更新される。   The noise image data has an evaluation value that is an error between the high-resolution image data and the noise-removed image data, that is, an evaluation function value obtained by substituting the high-resolution image data and the noise-removed image data into the evaluation function in advance. When it is equal to or greater than a predetermined threshold, the error is updated so as to reduce the error.

したがって、本発明の構成によれば、高解像度画像データが複数の原画像データが高解像度画像データに正確に反映されるように更新されると共に、ノイズ画像データも複数の原画像データが高解像度画像データに正確に反映されるように更新される。   Therefore, according to the configuration of the present invention, the high-resolution image data is updated so that the plurality of original image data is accurately reflected in the high-resolution image data, and the noise image also includes the plurality of original image data. It is updated so that it is accurately reflected in the image data.

これにより、ノイズ画像データについても、複数の原画像データが反映された画像データへと更新されるので、更新されたノイズ画像データを用いることによって、複数の原画像データに含まれるノイズ成分を選択的に除去することができる。その結果、原画像データに含まれるノイズ成分の影響を低減して非常に精度の高い高解像度画像データを生成することが可能になる。   As a result, the noise image data is also updated to image data reflecting a plurality of original image data, so that the noise components included in the plurality of original image data are selected by using the updated noise image data. Can be removed. As a result, it is possible to reduce the influence of noise components included in the original image data and generate high-resolution image data with very high accuracy.

なお、上記複数の原画像データは、撮像対象を少しずつ、ずれた位置で撮像して得られたものである。複数の異なる撮像位置で撮像対象の同一部位を撮像して得られる原画像データを用いることによって、個々の原画像データよりも解像度の高い高解像度画像データを生成することができる。   The plurality of original image data is obtained by imaging the imaging target little by little at a shifted position. By using original image data obtained by imaging the same part of the imaging target at a plurality of different imaging positions, it is possible to generate high-resolution image data having a higher resolution than the individual original image data.

高解像度画像データを生成するための原画像データの撮像方法は、公知の方法を適用することができ、特に限定されない。例えば、撮像対象の被撮像面に対し、撮像装置の撮像素子が配列している平面が平行となる状態にて、上記被撮像面に平行な第1方向に上記撮像素子の1画素の1/Nピッチで撮像位置をN回移動させて撮像し、さらに上記被撮像面に平行、かつ上記第1方向に垂直な第2方向に1/Nピッチで撮像位置をN回移動させて撮像して得られるN枚の画像データを上記複数の原画像データとして使用することができる。 A known method can be applied as a method for capturing original image data for generating high-resolution image data, and is not particularly limited. For example, in a state where the plane on which the imaging elements of the imaging apparatus are arranged is parallel to the imaging target surface to be imaged, 1/1 pixel of the imaging element in the first direction parallel to the imaging target surface. The image is taken by moving the image pickup position N times at an N pitch and further moving the image pickup position N times at a 1 / N pitch in a second direction parallel to the image pickup surface and perpendicular to the first direction. The obtained N 2 pieces of image data can be used as the plurality of original image data.

なお、Nは、正の数であり、高解像度化の倍率によって決定される。例えば、原画像データを2倍に高解像度化する場合には、Nを2以上とすればよく、原画像データを10倍に高解像度化する場合には、Nを10以上とすればよい。Nは、必要に応じて適宜設定することができる。ただし、撮像方法及び撮像枚数は、上記の例に限られず、N枚よりも少ない原画像データを用いてN倍に高解像度化した高解像度画像データを生成することもできる。 Note that N is a positive number and is determined by the magnification for increasing the resolution. For example, when the resolution of the original image data is doubled, N may be 2 or more. When the resolution of the original image data is increased 10 times, N may be 10 or more. N can be appropriately set as necessary. However, the imaging method and the number of images to be captured are not limited to the above example, and it is also possible to generate high-resolution image data with a resolution increased N times using original image data fewer than N 2 images.

また、例えばレジストレーション等の位置合わせ手法を用いる場合には、任意の枚数の原画像データを用いて、任意の高解像度化倍率の高解像度画像データを生成することができる。この場合には、N枚よりも少ない原画像データを用いて、当該原画像データのN倍の解像度を有する高解像度画像データを生成することもできる。 For example, when a registration method such as registration is used, it is possible to generate high-resolution image data with an arbitrary high-resolution magnification by using an arbitrary number of original image data. In this case, high-resolution image data having N times the resolution of the original image data can be generated using less than N 2 original image data.

また、上記閾値は、要求される高解像度化の精度に応じて適宜変更することができる。例えば、より高い精度の高解像度化が要求される場合には、上記閾値を小さく設定すればよく、高解像度化精度は余り要求されないが、迅速な処理速度が要求される場合には、上記閾値を大きく設定すればよい。すなわち、上記閾値は、高解像度化の精度を決定するための値であり、生成される高解像度画像データに要求される様々な条件に合わせて適宜設定することができる。   The threshold value can be changed as appropriate according to the required accuracy of resolution enhancement. For example, when higher resolution and higher resolution are required, the threshold value may be set small, and higher resolution accuracy is not required, but when a rapid processing speed is required, the threshold value is set. Should be set larger. That is, the threshold value is a value for determining the accuracy of resolution enhancement, and can be appropriately set according to various conditions required for the generated high resolution image data.

さらに、高解像度画像データの特性が既知である場合には、その高解像度画像データの特性に基づく拘束項を考慮して誤差を求めるようにしてもよい。拘束項を考慮に入れることにより、高解像度画像データの特性を反映させてより高精度な高解像度画像データを生成することが可能になる。具体的には、上記評価関数に拘束項を付加した関数を用いて上記誤差(評価値)を求めるようにすればよい。   Further, when the characteristics of the high resolution image data are known, the error may be obtained in consideration of a constraint term based on the characteristics of the high resolution image data. By taking the constraint term into consideration, it is possible to generate high-resolution image data with higher accuracy by reflecting the characteristics of the high-resolution image data. Specifically, the error (evaluation value) may be obtained using a function obtained by adding a constraint term to the evaluation function.

また、高解像度画像データの更新と、ノイズ画像データの更新とは、同じ回数だけ行う必要はない。ノイズ画像データの更新回数を高解像度画像データの更新回数よりも少なくした場合には、演算量を減らすことができる。   Further, it is not necessary to update the high-resolution image data and the noise image data the same number of times. When the number of updates of noise image data is less than the number of updates of high-resolution image data, the amount of calculation can be reduced.

また、上記ノイズ画像データは、上記原画像データよりも解像度が高い画像データであり、上記ノイズ画像データを上記複数の各原画像データに位置合わせすると共に、上記ノイズ画像データを原画像データと同じ解像度に変換して複数の位置合わせノイズ画像データを生成する位置合わせノイズ画像データ生成手段を備え、上記ノイズ除去手段は、上記複数の原画像データのそれぞれから、当該原画像データと位置合わせをして生成された上記位置合わせノイズ画像データを引くことによって上記ノイズ除去画像データを生成することが好ましい。   The noise image data is image data having a higher resolution than the original image data. The noise image data is aligned with each of the plurality of original image data, and the noise image data is the same as the original image data. An alignment noise image data generating unit that converts the resolution into a plurality of alignment noise image data is provided, and the noise removing unit aligns with the original image data from each of the plurality of original image data. It is preferable that the noise-removed image data is generated by subtracting the alignment noise image data generated in this way.

上記の構成によれば、原画像データよりも解像度が高い、すなわちノイズの位置及び形状をより正確に反映させたノイズ画像データを用いている。したがって、原画像データのノイズ成分をより正確に除去することが可能になる。   According to the above configuration, noise image data having a higher resolution than the original image data, that is, more accurately reflecting the position and shape of noise is used. Therefore, it is possible to more accurately remove the noise component of the original image data.

なお、上記ノイズ画像データは、上記各原画像データに含まれるノイズの位置を示すために予め設定されているノイズ基底成分データと、各ノイズの位置におけるノイズの強度との積の和で表されるものであってもよい。   The noise image data is represented by the sum of products of noise base component data set in advance to indicate the position of noise included in each original image data and noise intensity at each noise position. It may be a thing.

撮像装置は、撮像対象を原画像データとして取り込むための複数の撮像素子を備えているが、この撮像素子の撮像感度には、ばらつきが生じている場合がある。そして、このばらつきが原画像データにノイズ成分が含まれる要因の1つになっている。   The imaging apparatus includes a plurality of imaging elements for capturing an imaging target as original image data, but there may be variations in imaging sensitivity of the imaging elements. This variation is one of the factors that include noise components in the original image data.

このような撮像素子毎の感度ばらつきは、撮像素子の特性等によって決まるので、原画像データにおけるノイズの発生位置は、予め取得することが可能である。したがって、予め取得したノイズの発生位置をノイズ基底成分とすることができる。   Such sensitivity variation for each image sensor is determined by the characteristics of the image sensor and the like, so the position where noise occurs in the original image data can be acquired in advance. Therefore, the noise generation position acquired in advance can be used as the noise base component.

なお、ノイズの発生位置は、予め取得することが可能であるが、本発明のように、複数の原画像データを使用する場合には、同じ撮像装置の同じ撮像素子で撮像対象の像を取り込んだとしても、撮像の度ごとに取り込まれる像の輝度値が変動してしまうので、ノイズの強度を予め求めておくことは難しい。   Note that the noise generation position can be acquired in advance. However, when a plurality of original image data is used as in the present invention, the image of the imaging target is captured by the same imaging device of the same imaging device. Even so, it is difficult to obtain the intensity of the noise in advance because the luminance value of the captured image varies every time the image is taken.

そこで、上記構成では、ノイズ画像データをノイズ基底成分データと、各ノイズの位置におけるノイズの強度との積の和で表している。そして、上記のように、上記誤差(評価値)が予め定めた閾値以上である場合には、ノイズ画像データは上記誤差が小さくなるように更新されるようになっている。   Therefore, in the above configuration, the noise image data is represented by the sum of the products of the noise base component data and the noise intensity at each noise position. As described above, when the error (evaluation value) is equal to or greater than a predetermined threshold, the noise image data is updated so that the error is reduced.

したがって、上記の構成によれば、実際の原画像データの輝度値を反映させて、より精度の高いノイズ画像データを生成することができ、これにより高解像度化の精度を一層向上させることができる。   Therefore, according to the above configuration, it is possible to generate noise image data with higher accuracy by reflecting the luminance value of the actual original image data, thereby further improving the accuracy of resolution enhancement. .

なお、〔背景技術〕で説明したように、原画像データ(撮像画像データ)におけるノイズには、例えば(i)撮像素子の素子ごとの感度ばらつき、(ii)同一撮像素子における撮像ごと輝度値の変動のような、撮像装置に由来する要因によって発生するもの、及び(iii)撮像後のデータ転送によってランダムに発生するノイズがある。   Note that, as described in [Background Art], noise in original image data (captured image data) includes, for example, (i) variation in sensitivity for each element of the image sensor, and (ii) luminance value for each image capture in the same image sensor. There are noise that occurs due to factors derived from the imaging device, such as fluctuations, and (iii) noise that occurs randomly due to data transfer after imaging.

これら(ii)及び(iii)のノイズが原画像データ中で発生するパターンについても、(i)のノイズと同様に、原画像データを取得するために用いた撮像装置の特性等に基づいて予め求めておくことができる。したがって、このようなノイズについても、予め取得したノイズの発生位置をノイズ基底成分として求めておくことができる。   The patterns in which the noises (ii) and (iii) are generated in the original image data are preliminarily determined based on the characteristics of the imaging device used for acquiring the original image data, as in the case of the noises (i). You can ask for it. Therefore, also for such noise, it is possible to obtain a noise generation position acquired in advance as a noise base component.

また、上記ノイズ画像データは、上記原画像データを取得するために用いた撮像装置のカメラモデルから得られる点広がり関数によって量子化誤差として打ち切られる周波数成分の集合であってもよい。   The noise image data may be a set of frequency components that are censored as a quantization error by a point spread function obtained from a camera model of an imaging apparatus used to acquire the original image data.

超解像処理では、高解像度画像からボケ画像を生成するために、撮像装置の理想的なカメラモデルから得られる点広がり関数(PSF関数)が用いられることがある。この点広がり関数を画像データに乗じることによって生じるボケ画像データには、予め定めた値より大きい周波数成分のみが含まれている。一方、上記予め定めた値以下の周波数成分は、量子化誤差として打ち切られるので、ボケ画像データには含まれない。   In super-resolution processing, in order to generate a blurred image from a high-resolution image, a point spread function (PSF function) obtained from an ideal camera model of the imaging apparatus may be used. The blurred image data generated by multiplying the image data by this point spread function includes only frequency components larger than a predetermined value. On the other hand, the frequency component equal to or lower than the predetermined value is not included in the blurred image data because it is truncated as a quantization error.

ここで、原画像データは、高解像度化の対象となる画像データであるから、比較的解像度は低いものとなっている。そのため、原画像データにおいては、点広がり関数によって量子化誤差として打ち切られる周波数成分は、反映されないと考えられる。   Here, since the original image data is image data to be increased in resolution, the resolution is relatively low. Therefore, in the original image data, it is considered that a frequency component that is censored as a quantization error by the point spread function is not reflected.

したがって、点広がり関数によって量子化誤差として打ち切られる周波数成分が、原画像データに含まれている場合には、その周波数成分は撮像対象の撮像によって得られたものではなく、ノイズによって生じたものであると考えられる。   Therefore, when a frequency component that is censored as a quantization error by the point spread function is included in the original image data, the frequency component is not obtained by imaging of the imaging target, but is caused by noise. It is believed that there is.

ここで、上記の構成によれば、点広がり関数によって量子化誤差として打ち切られる周波数成分をノイズ画像データとして原画像データから除去している。そして、ノイズ画像データは、評価関数の値が予め定めた閾値以上である場合には、ノイズ画像データは評価関数の値が小さくなるように更新されるようになっている。   Here, according to the above configuration, the frequency component that is censored as a quantization error by the point spread function is removed from the original image data as noise image data. The noise image data is updated so that the value of the evaluation function becomes smaller when the value of the evaluation function is greater than or equal to a predetermined threshold value.

したがって、上記の構成によれば、実際の原画像データの輝度値を反映させて、より精度の高いノイズ画像データを生成することができ、これにより高解像度化の精度を一層向上させることができる。   Therefore, according to the above configuration, it is possible to generate noise image data with higher accuracy by reflecting the luminance value of the actual original image data, thereby further improving the accuracy of resolution enhancement. .

さらに、上記画像処理装置と、撮像対象を撮像して上記複数の原画像データを取得する撮像装置と、上記画像処理装置が生成した高解像度画像データに基づいて上記撮像対象の欠陥検査を行う検査装置とを含む検査システムであれば、ノイズの影響を除去した高解像度画像データを用いて欠陥検査を行うことができるので、より正確な欠陥判定を行うことが可能になる。   Furthermore, the image processing apparatus, the imaging apparatus that captures the imaging target and acquires the plurality of original image data, and the inspection that performs the defect inspection of the imaging target based on the high-resolution image data generated by the image processing apparatus In the case of an inspection system including an apparatus, defect inspection can be performed using high-resolution image data from which the influence of noise has been removed, so that more accurate defect determination can be performed.

なお、上記画像処理装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記画像処理装置の各手段として動作させることにより、上記画像処理装置をコンピュータにて実現させる制御プログラム、及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も本発明の範疇に入る。   The image processing apparatus may be realized by a computer. In this case, a control program for causing the image processing apparatus to be realized by a computer by causing the computer to operate as each unit of the image processing apparatus, and A computer-readable recording medium on which it is recorded also falls within the scope of the present invention.

以上のように、本発明の画像処理装置は、更新処理を行うときに、各原画像データのそれぞれから、当該原画像データに含まれるノイズ成分を示すノイズ画像データを引くことによってノイズ除去画像データを生成するノイズ除去手段と、上記更新処理において誤差が閾値以上である場合に、上記誤差が小さくなるように上記ノイズ画像データを更新するノイズ画像更新手段を備えている構成である。   As described above, when performing the update process, the image processing apparatus of the present invention subtracts the noise image data indicating the noise component included in the original image data from each of the original image data, thereby removing the noise-removed image data. And a noise image updating unit that updates the noise image data so that the error is reduced when the error is greater than or equal to a threshold value in the update process.

また、本発明の画像処理方法は、以上のように、更新処理を行うときに、各原画像データのそれぞれから、当該原画像データに含まれるノイズ成分を示すノイズ画像データを引くことによってノイズ除去画像データを生成するノイズ除去ステップと、上記更新処理において誤差が閾値以上である場合に、上記誤差が小さくなるように上記ノイズ画像データを更新するノイズ画像更新ステップとを含む構成である。   In addition, as described above, the image processing method of the present invention removes noise by subtracting noise image data indicating noise components included in the original image data from each of the original image data when performing update processing. The configuration includes a noise removing step for generating image data, and a noise image updating step for updating the noise image data so that the error is reduced when the error is greater than or equal to a threshold in the updating process.

したがって、複数の原画像データに含まれるノイズ成分を選択的に除去することができるので、原画像データに含まれるノイズ成分の影響を低減して非常に精度の高い高解像度画像データを生成することが可能になる。   Therefore, noise components included in a plurality of original image data can be selectively removed, so that the influence of noise components included in the original image data can be reduced and highly accurate high-resolution image data can be generated. Is possible.

本発明の一実施形態について図1〜図6に基づいて説明すると以下の通りである。まず、図2に基づいて本実施形態の撮像システムの概要について説明する。図示のように、撮像システム1は、撮像対象Pを撮像対象とし、フレーム2、撮像装置4、ステージ5、制御装置6、及びモニタ7を含む構成である。なお、ここでは、図2の上下方向をZ軸方向、左右方向をX軸方向、奥行き方向をY軸方向とする。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, an outline of the imaging system of the present embodiment will be described based on FIG. As shown in the figure, the imaging system 1 has an imaging target P as an imaging target and includes a frame 2, an imaging device 4, a stage 5, a control device 6, and a monitor 7. Here, the vertical direction in FIG. 2 is the Z-axis direction, the horizontal direction is the X-axis direction, and the depth direction is the Y-axis direction.

撮像対象Pは、撮像装置4の被写体であり、その被撮像面が撮像装置4に対向するようにフレーム2に固定されている。すなわち、撮像システム1では、撮像対象Pの被撮像面が撮像装置4にて撮像されるようになっている。なお、撮像対象Pは、どのようなものであってもよく、人物や動植物等を撮像対象Pとしてもよい。   The imaging target P is a subject of the imaging device 4 and is fixed to the frame 2 so that the surface to be imaged faces the imaging device 4. That is, in the imaging system 1, the imaging target surface of the imaging target P is imaged by the imaging device 4. Note that the imaging target P may be any object, and a person, a plant, or a plant may be used as the imaging target P.

詳細については後述するが、撮像システム1によれば撮像装置4にて撮像して得られた撮像画像データ(原画像データ)を精度よく高解像度化して高精細な高解像度画像データを生成することができる。したがって、撮像システム1は、例えば撮像対象Pを撮像して得られた撮像画像データから生成された高解像度画像データに基づいて撮像対象Pの欠陥の有無を検査する検査システムに用いても良い。すなわち、撮像システム1と、撮像システム1にて生成された高解像度画像データに基づいて撮像対象Pの欠陥の有無を検査する検査装置とを備える検査システムについても本発明の範疇に入る。   Although details will be described later, according to the imaging system 1, the captured image data (original image data) obtained by imaging with the imaging device 4 is accurately increased in resolution to generate high-definition high-resolution image data. Can do. Therefore, the imaging system 1 may be used for an inspection system that inspects the presence or absence of a defect in the imaging target P based on high-resolution image data generated from captured image data obtained by imaging the imaging target P, for example. That is, an inspection system including the imaging system 1 and an inspection apparatus that inspects the presence or absence of a defect of the imaging target P based on high-resolution image data generated by the imaging system 1 also falls within the scope of the present invention.

撮像装置4は、撮像対象Pを撮像する装置であり、筐体4a、レンズ4b、固体撮像素子4c、及びアクチュエータ4dを備えている。レンズ4bは、筐体4aの内部に入る光(撮像対象Pの像)を固体撮像素子4cの撮像面上に結像させる。そして、固体撮像素子4cは、複数の撮像素子からなり、光学的に結像した撮像対象Pの像を、空間的に離散させてサンプリングし、それらの像を画像信号に変換する。固体撮像素子4cとしては、例えばCCD(Charge Coupled Devices)イメージセンサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等を適用することができる。なお、本実施形態では、撮像装置4がエリアセンサであることを想定しているが、ラインセンサであっても構わない。   The imaging device 4 is a device that images the imaging target P, and includes a housing 4a, a lens 4b, a solid-state imaging device 4c, and an actuator 4d. The lens 4b focuses light (image of the imaging target P) that enters the inside of the housing 4a on the imaging surface of the solid-state imaging device 4c. The solid-state imaging device 4c is composed of a plurality of imaging devices, samples the optically imaged image of the imaging target P while spatially discretely sampling it, and converts these images into image signals. As the solid-state imaging element 4c, for example, a CCD (Charge Coupled Devices) image sensor, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, or the like can be applied. In the present embodiment, it is assumed that the imaging device 4 is an area sensor, but may be a line sensor.

アクチュエータ4dは、固体撮像素子4cの位置を変化させることにより、撮像対象Pの撮像位置を変化させる。具体的には、アクチュエータ4dは筐体4aの内壁に固定されており、固体撮像素子4cはアクチュエータ4dによって支持されている。そのため、アクチュエータ4dが固体撮像素子4cの位置を変位させることによって、固体撮像素子4cの位置は筐体4aに対して相対的に変位し、撮像対象Pを撮像する撮像位置もそれに伴って変位する。   The actuator 4d changes the imaging position of the imaging target P by changing the position of the solid-state imaging element 4c. Specifically, the actuator 4d is fixed to the inner wall of the housing 4a, and the solid-state imaging device 4c is supported by the actuator 4d. Therefore, when the actuator 4d displaces the position of the solid-state imaging device 4c, the position of the solid-state imaging device 4c is displaced relative to the housing 4a, and the imaging position for imaging the imaging target P is also displaced accordingly. .

なお、ここでは、アクチュエータ4dは、撮像対象Pとレンズ4bとを結ぶ光軸に対して垂直な平面(図示の例ではYZ平面)において固体撮像素子4cを2次元的に移動させることを想定しているが、この移動は回転を含む3次元の移動であってもよい。アクチュエータ4dとしては、例えば、ピエゾアクチュエータやステッピングモータ等を使用することができる。本実施形態では、ピエゾアクチュエータを用いることを想定している。   Here, it is assumed that the actuator 4d moves the solid-state imaging device 4c two-dimensionally on a plane (YZ plane in the illustrated example) perpendicular to the optical axis connecting the imaging target P and the lens 4b. However, this movement may be a three-dimensional movement including rotation. As the actuator 4d, for example, a piezo actuator or a stepping motor can be used. In this embodiment, it is assumed that a piezo actuator is used.

また、撮像装置4は、撮像対象Pの被撮像面と対向するようにステージ5上に固定されている。すなわち、本実施形態では、撮像装置4と撮像対象Pとの相対位置は固定されており、アクチュエータ4dによって固体撮像素子4cを移動させることにより、撮像対象Pの画像を撮像することを想定している。なお、ステージ5及び/またはフレーム2を移動させることによって、撮像装置4と撮像対象Pとの相対位置を変化させながら撮像対象Pの画像を撮像するようにしてもよい。   The imaging device 4 is fixed on the stage 5 so as to face the imaging target surface of the imaging target P. That is, in the present embodiment, the relative position between the imaging device 4 and the imaging target P is fixed, and it is assumed that the image of the imaging target P is captured by moving the solid-state imaging device 4c by the actuator 4d. Yes. In addition, by moving the stage 5 and / or the frame 2, the image of the imaging target P may be captured while changing the relative position between the imaging device 4 and the imaging target P.

制御装置6は、撮像装置4の制御を行う撮像制御部11、撮像装置4が撮像した撮像画像データを記憶する撮像画像保存部13、及び上記撮像画像データを高解像度化して高解像度画像データを生成する超解像処理部12等を備えている。   The control device 6 includes an imaging control unit 11 that controls the imaging device 4, a captured image storage unit 13 that stores captured image data captured by the imaging device 4, and high-resolution image data obtained by increasing the resolution of the captured image data. A super-resolution processing unit 12 to be generated is provided.

すなわち、撮像システム1では、制御装置6の制御に基づいて撮像装置4が撮像対象Pの撮像を行い、撮像対象Pを撮像して得られた撮像画像データは制御装置6の撮像画像保存部13に格納されるようになっている。そして、超解像処理部12が上記撮像画像データを用いて超解像処理を行い、撮像画像データよりも解像度の高い高解像度画像データを生成する。   That is, in the imaging system 1, the imaging device 4 images the imaging target P based on the control of the control device 6, and the captured image data obtained by imaging the imaging target P is the captured image storage unit 13 of the control device 6. To be stored in. Then, the super-resolution processing unit 12 performs super-resolution processing using the captured image data, and generates high-resolution image data having a higher resolution than the captured image data.

モニタ7は、撮像装置4が取得した撮像画像データや、当該撮像画像データから生成された高解像度画像データ等を表示する。モニタ7は、画像を表示できるものであればよく、液晶、有機EL、CRT(Cathode Ray Tube)等、様々な表示装置をモニタ7として適用することができる。   The monitor 7 displays captured image data acquired by the imaging device 4, high-resolution image data generated from the captured image data, and the like. The monitor 7 may be any device that can display an image, and various display devices such as liquid crystal, organic EL, and CRT (Cathode Ray Tube) can be used as the monitor 7.

〔制御装置の構成〕
続いて、制御装置6の構成について、図3に基づいて説明する。図3は、制御装置6の要部構成を示すブロック図である。図示のように、制御装置6は、撮像制御部11、超解像処理部(画像処理装置)12、撮像画像保存部13、高解像度画像保存部14、画像出力制御部17、及びノイズ画像保存部18を備えている。
[Configuration of control device]
Then, the structure of the control apparatus 6 is demonstrated based on FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a main configuration of the control device 6. As illustrated, the control device 6 includes an imaging control unit 11, a super-resolution processing unit (image processing device) 12, a captured image storage unit 13, a high-resolution image storage unit 14, an image output control unit 17, and a noise image storage. A portion 18 is provided.

撮像制御部11は、撮像装置4に制御信号を送ることによって、固体撮像素子4cによる撮像(露光)のタイミング(撮像開始時間、露光時間の長さ等)を制御する撮像タイミング制御部11aに指示し、予め定められたタイミングで撮像対象Pの撮像を開始させる。   The imaging control unit 11 sends a control signal to the imaging device 4 to instruct the imaging timing control unit 11a that controls the timing of imaging (exposure) by the solid-state imaging device 4c (imaging start time, length of exposure time, etc.). Then, the imaging of the imaging target P is started at a predetermined timing.

なお、本実施形態では、撮像タイミング制御部11aは、撮像装置4に送る制御信号の電圧を変化させることにより撮像タイミングの制御を行うことを想定している。また、撮像タイミング制御部11aは、アクチュエータ4dの移動開始のタイミングや移動速度、移動距離等の制御を行うアクチュエータ制御部11bに指示し、撮像装置4が備える固体撮像素子4cの露光時間に応じて固体撮像素子4cを移動させる。   In the present embodiment, it is assumed that the imaging timing control unit 11a controls the imaging timing by changing the voltage of a control signal sent to the imaging device 4. In addition, the imaging timing control unit 11a instructs the actuator control unit 11b that controls the movement start timing, the moving speed, the moving distance, and the like of the actuator 4d, and according to the exposure time of the solid-state imaging device 4c included in the imaging device 4. The solid-state image sensor 4c is moved.

そして、撮像制御部11は、撮像装置4の固体撮像素子4cによってサンプリングされた撮像対象Pの撮像画像データを、当該撮像画像データを取得したときの撮像位置(固体撮像素子4cの位置)と対応付けた撮像画像データ13aとして撮像画像保存部13に格納する。   And the imaging control part 11 respond | corresponds with the imaging position (position of the solid-state image sensor 4c) at the time of acquiring the said captured image data about the captured image data of the imaging target P sampled by the solid-state image sensor 4c of the imaging device 4. The attached captured image data 13 a is stored in the captured image storage unit 13.

なお、超解像処理では、撮像対象Pの1つの表示画素に対する固体撮像素子4cの割り当てが整数でない複数枚の撮像画像データに基づいて高解像度画像データを生成する。そのため、アクチュエータ4dによって少しずつ位置をずらしながら撮像対象Pを撮像して複数枚の撮像画像データを取得する必要があると共に、各撮像画像データの撮像位置も取得しておく必要がある。   Note that in the super-resolution processing, high-resolution image data is generated based on a plurality of captured image data in which the solid-state imaging device 4c is not an integer assigned to one display pixel of the imaging target P. Therefore, it is necessary to capture the imaging target P while shifting the position little by little by the actuator 4d to acquire a plurality of captured image data, and it is also necessary to acquire the imaging position of each captured image data.

具体的には、上記複数枚の撮像画像データは、撮像対象Pの被撮像面に対し、固体撮像素子4cが配列している平面が平行となる状態にて、上記被撮像面に平行な第1方向(例えば図2のZ軸方向)に上記撮像素子の1画素の1/Nピッチで撮像位置をN回移動させて撮像を行う処理を、上記被撮像面に平行、かつ上記第1方向に垂直な第2方向(例えば図2のY軸方向)に1/Nピッチで撮像位置をN回移動させて行うことによって得られるN枚の画像データである。そして、以上のようにして撮像したN枚の撮像画像データのそれぞれについて当該撮像画像データを撮像した撮像位置を記録しておく。 Specifically, the plurality of pieces of captured image data are parallel to the surface to be imaged in a state where the plane on which the solid-state image sensor 4c is arranged is parallel to the surface to be imaged of the imaging target P. A process of performing imaging by moving the imaging position N times at 1 / N pitch of one pixel of the imaging element in one direction (for example, the Z-axis direction in FIG. 2) parallel to the imaging surface and in the first direction N 2 pieces of image data obtained by moving the imaging position N times at a 1 / N pitch in a second direction (eg, the Y-axis direction in FIG. 2) perpendicular to the image data. Then, recording the imaging position of the captured the captured image data for each of the N 2 pieces of captured image data captured as described above.

なお、Nは、正の数であり、高解像度化の倍率によって決定される。例えば、撮像画像データを2倍に高解像度化する場合には、N=2とすればよく、撮像画像データを10倍に高解像度化する場合には、N=10とすればよい。Nは、必要に応じて適宜設定することができる。   Note that N is a positive number and is determined by the magnification for increasing the resolution. For example, when the resolution of the captured image data is doubled, N = 2 may be used, and when the resolution of the captured image data is increased 10 times, N = 10 may be sufficient. N can be appropriately set as necessary.

超解像処理部12は、撮像画像保存部13に格納された撮像画像データ13aを高解像度化して高解像度画像データを生成する超解像処理を行う。具体的には、超解像処理部12は、撮像画像保存部13に格納された撮像画像データ13aと、高解像度画像保存部14に格納された高解像度画像データ14aと、ノイズ画像保存部18に格納されたノイズ画像データ18aとに基づいて、新規の高解像度画像データ14aを生成し、生成した高解像度画像データ14aを高解像度画像保存部14に格納する。なお、超解像処理部12が実行する超解像処理の詳細については後に詳しく説明する。   The super-resolution processing unit 12 performs super-resolution processing for generating high-resolution image data by increasing the resolution of the captured image data 13 a stored in the captured image storage unit 13. Specifically, the super-resolution processing unit 12 includes the captured image data 13 a stored in the captured image storage unit 13, the high-resolution image data 14 a stored in the high-resolution image storage unit 14, and the noise image storage unit 18. The new high-resolution image data 14a is generated based on the noise image data 18a stored in, and the generated high-resolution image data 14a is stored in the high-resolution image storage unit 14. Note that details of the super-resolution processing executed by the super-resolution processing unit 12 will be described in detail later.

画像出力制御部17は、高解像度画像保存部14に格納された高解像度画像データ14aを取得してモニタ7に表示する。これにより、撮像システム1のユーザは、撮像対象Pの画像等を容易に確認することができる。   The image output control unit 17 acquires the high resolution image data 14 a stored in the high resolution image storage unit 14 and displays it on the monitor 7. Thereby, the user of the imaging system 1 can easily confirm the image of the imaging target P or the like.

〔撮像システムにおける処理の流れ〕
続いて、以上の構成を備える撮像システム1における処理の流れについて図4に基づいて説明する。図4は、撮像システム1における処理の一例を示すフローチャートである。まず、フレーム2に撮像対象Pが固定されると、制御装置6の撮像制御部11の指示に従って撮像装置4が撮像対象Pの撮像を行う。撮像によって得られた撮像画像データ13aは、撮像画像保存部13に格納される(S1)。
[Flow of processing in imaging system]
Next, the flow of processing in the imaging system 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of processing in the imaging system 1. First, when the imaging target P is fixed to the frame 2, the imaging device 4 captures the imaging target P in accordance with an instruction from the imaging control unit 11 of the control device 6. The captured image data 13a obtained by imaging is stored in the captured image storage unit 13 (S1).

超解像処理部12は、撮像画像保存部13に撮像画像データ13aが保存されると、超解像処理を実行する(S2)。具体的には、超解像処理部12は、超解像処理の実行時に高解像度画像保存部14に格納されている高解像度画像データ14aと、撮像画像保存部13に格納されている撮像画像データと、ノイズ画像保存部18に格納されているノイズ画像データ18aとに基づいて新規の高解像度画像データ14aを生成する。そして、超解像処理部12は、生成した新規高解像度画像データ14aを高解像度画像保存部14に格納する(S3)。   When the captured image data 13a is stored in the captured image storage unit 13, the super resolution processing unit 12 executes a super resolution process (S2). Specifically, the super-resolution processing unit 12 includes the high-resolution image data 14a stored in the high-resolution image storage unit 14 and the captured image stored in the captured image storage unit 13 when the super-resolution process is executed. Based on the data and the noise image data 18a stored in the noise image storage unit 18, new high-resolution image data 14a is generated. Then, the super-resolution processing unit 12 stores the generated new high-resolution image data 14a in the high-resolution image storage unit 14 (S3).

なお、高解像度画像データの初期値はどのようなものであってもよいが、例えば画像データの全面が灰色の灰色画像データを用いることができる。また、撮像画像データ13aから任意の1枚を選択し、選択した撮像画像データに補間処理を施すことによって画像サイズを高解像度画像データに引き伸ばした画像データを用いてもよい。   The initial value of the high-resolution image data may be any value, but for example, gray image data in which the entire image data is gray can be used. Alternatively, image data obtained by selecting an arbitrary image from the captured image data 13a and interpolating the selected captured image data to expand the image size to high resolution image data may be used.

そして、画像出力制御部17は、高解像度画像保存部14に高解像度画像データ14aが格納されたことを受けて、上記格納された高解像度画像データ14aをモニタ7に表示する(S4)。   Then, the image output control unit 17 displays the stored high resolution image data 14a on the monitor 7 in response to the high resolution image data 14a being stored in the high resolution image storage unit 14 (S4).

〔本発明の超解像処理の原理〕
次に、本発明の超解像処理の原理について説明する。本発明の超解像処理においても、従来の超解像処理と同様に、「推定された低解像度画像」と「観測された観測画像」との二乗誤差に基づく評価関数(誤差項)を最適化することで高解像度画像データを生成するが、本発明の超解像処理では、使用する評価関数が従来の超解像処理と異なっている。
[Principle of super-resolution processing of the present invention]
Next, the principle of the super-resolution processing of the present invention will be described. In the super-resolution processing of the present invention, the evaluation function (error term) based on the square error between the “estimated low-resolution image” and the “observed observed image” is optimized as in the conventional super-resolution processing. However, in the super-resolution processing of the present invention, the evaluation function used is different from the conventional super-resolution processing.

具体的には、本発明の超解像処理では、評価関数として下記の数式(4)を用いることによってノイズの影響を除去している。本発明の超解像処理の原理について、以下説明する。   Specifically, in the super-resolution processing of the present invention, the influence of noise is removed by using the following formula (4) as an evaluation function. The principle of the super-resolution processing of the present invention will be described below.

Figure 2009181508
Figure 2009181508

上記数式(4)は、本発明の超解像処理で使用する評価関数の一例を示している。上記数式(4)と従来の評価関数である数式(1)とを比較すると、誤差項にαNKzの項が追加されている点が異なっている。なお、上記数式(4)には、拘束項が含まれているが、高解像度画像データの特性を予め取得できない場合には、拘束項を省略してもよい。しかしながら、評価関数が拘束項を含んでいることにより、より高精度な超解像処理を行うことが可能になるので、拘束項を含んでいることが好ましい。 The above mathematical formula (4) shows an example of the evaluation function used in the super-resolution processing of the present invention. Comparing Equation (4) with Equation (1), which is a conventional evaluation function, is different in that an αN n Kz term is added to the error term. Note that the mathematical expression (4) includes a constraint term, but the constraint term may be omitted when the characteristics of the high-resolution image data cannot be acquired in advance. However, since the evaluation function includes a constraint term, it is possible to perform a higher-resolution super-resolution process. Therefore, the evaluation function preferably includes the constraint term.

このαNKzの項は、撮像画像データのノイズ成分を示しており、上記数式(4)では、撮像画像データyからαNKzを引くことで撮像画像データyのノイズ成分が除去されるようになっている。ここでは、撮像画像データyからαNKzを引いて得られる画像データをノイズ除去画像データ(y−αNKz)と呼ぶ。 Section of this alpha N n Kz shows the noise component of the captured image data, the in equation (4), the noise component of the captured image data y n by subtracting the alpha N n Kz from the captured image data y n is removed It has become so. Referred to herein as an image data noise removed image data obtained by subtracting the alpha N n Kz from the captured image data y n (y n -αN n Kz ).

ノイズ成分を示すαNKzの項において、Kは、ノイズ基底成分データを表す行列である。また、zは、任意のベクトルであり、ここではzをノイズ合成ベクトルと呼ぶ。そして、ここでは、行列Kの各列成分にzの要素を掛けて、足し合わせたKzをノイズ画像データと呼ぶ。行列Kの設定方法については後述する。 In the term αN n Kz indicating the noise component, K is a matrix representing the noise base component data. Also, z is an arbitrary vector, and z is referred to as a noise synthesis vector here. Here, Kz obtained by multiplying each column component of the matrix K by the element z is referred to as noise image data. A method for setting the matrix K will be described later.

また、Nは、ノイズ画像データを各撮像画像データの撮像位置に位置合わせをした後、撮像画像データの各撮像素子の位置におけるノイズ画像データの画素の輝度値をサンプリングするための行列である。Nは上述の行列Mを用いて下記の数式(5)のように表すことができる。したがって、Nを乗じることによって、ノイズ画像データは、撮像画像データの撮像位置に位置合わせされると共に、解像度(要素数)が撮像画像データと同じになる。そして、αはノイズ画像データを撮像画像データから減算する際の重みを表している。 N n is a matrix for sampling the luminance value of the pixel of the noise image data at the position of each imaging element of the captured image data after aligning the noise image data to the captured position of each captured image data. . N n can be expressed as the following formula (5) using the matrix M i described above. Therefore, by multiplying N n , the noise image data is aligned with the imaging position of the captured image data, and the resolution (number of elements) is the same as that of the captured image data. Α represents a weight for subtracting noise image data from captured image data.

Figure 2009181508
Figure 2009181508

次に、ノイズ基底成分データを表す行列Kを求める方法について説明する。Kは、ノイズの基底成分を示すものであるから、例えば、行数が高解像度画像データの画素数であり、列数が基底成分の数である行列として表現することができる。この場合には、Kの各列成分が高解像度画像データにおけるノイズ画像データの基底成分を表すことになる。各列の基底成分は、空間領域のデータまたは周波数領域のデータとして表現することができる。   Next, a method for obtaining the matrix K representing the noise basis component data will be described. Since K represents the base component of noise, for example, it can be expressed as a matrix in which the number of rows is the number of pixels of the high-resolution image data and the number of columns is the number of base components. In this case, each column component of K represents the base component of the noise image data in the high resolution image data. The base component of each column can be expressed as spatial domain data or frequency domain data.

例えば、ノイズの出現箇所及び形状が既知である場合には、基底成分を空間領域で表すことができる。この場合には、推定されるノイズ画像データKzは、個々の基底成分の線形和、すなわちKと任意のノイズ合成ベクトルzとの積として表される。これを数式で表現すると、下記の数式(6)のようになる。   For example, if the appearance location and shape of noise are known, the base component can be represented by a spatial domain. In this case, the estimated noise image data Kz is expressed as a linear sum of individual base components, that is, a product of K and an arbitrary noise synthesis vector z. When this is expressed by a mathematical expression, the following mathematical expression (6) is obtained.

Figure 2009181508
Figure 2009181508

上記数式(6)において、k〜kは、ノイズ基底成分データKを構成する基底成分要素であり、k〜kの値によって、ノイズの出現箇所及び形状が表現される。すなわち、ノイズ基底成分データKは、撮像画像データに含まれるノイズの位置を示している。なお、ここでは、k〜kのそれぞれは、高解像度画像データと同じ解像度(要素数)であることを想定している。また、上記数式(6)において、z〜zは、ノイズ合成ベクトルzを構成する要素であり、各位置におけるノイズの強度を示している。 In the above equation (6), k 1 ~k n is a base component elements constituting the noise base component data K, the value of k 1 to k n, occurrence and shape of the noise is represented. That is, the noise base component data K indicates the position of noise included in the captured image data. Here, each of the k 1 to k n, is assumed to be the same resolution as the high resolution image data (number of elements). In the above mathematical formula (6), z 1 to z n are elements constituting the noise synthesis vector z and indicate the intensity of noise at each position.

ノイズ合成ベクトルzをノイズ基底成分データKに乗じることによって、ノイズ画像データは、ノイズ基底成分要素k〜kとノイズ合成ベクトルの要素z〜zとの積の和として表される。 By multiplying the noise synthesis vector z to the noise base component data K, the noise image data is expressed as the sum of the product of the elements z 1 to z n of the noise base component element k 1 to k n and noise synthesis vector.

ここで、〔背景技術〕で説明したように、ノイズの発生の要因としては、例えば(i)撮像素子の素子ごとの感度ばらつき(ii)同一撮像素子における撮像ごと輝度値の変動、が挙げられる。これらの要因によって発生するノイズは、撮像画像データにおいて常に同じ位置で観察されることになる。例えば、マトリクス状に撮像素子が配列した撮像装置を用いた場合であって、奇数列の撮像素子と偶数列の撮像素子とで撮像感度が異なっている場合を考える。この場合には、この撮像装置で撮像した全ての撮像画像データは、奇数列の画素と偶数列の画素とで、撮像素子の感度差に由来する輝度差を含んだ画像データとなる。   Here, as described in [Background Art], the cause of noise generation includes, for example, (i) sensitivity variation for each element of the image sensor (ii) fluctuation in luminance value for each image capture in the same image sensor. . Noise generated by these factors is always observed at the same position in the captured image data. For example, consider a case where an imaging device in which imaging elements are arranged in a matrix is used, and imaging sensitivity is different between an odd-numbered imaging element and an even-numbered imaging element. In this case, all of the captured image data captured by the imaging apparatus is image data including a luminance difference derived from a sensitivity difference of the image sensor between the odd-numbered pixels and the even-numbered pixels.

このように、ノイズ画像データとして、撮像画像データと同じ解像度のものを用いることもできる。この場合には、撮像画像データとノイズ画像データとの位置合わせを行う必要はなく、また解像度を合わせる必要もないので、数式(4)において、Nを省略して演算を簡略化することができる。 In this way, noise image data having the same resolution as the captured image data can be used. In this case, since it is not necessary to align the captured image data and the noise image data, and it is not necessary to match the resolution, the calculation can be simplified by omitting N n in Equation (4). it can.

なお、本実施形態で示す例のように、ノイズ画像データを高解像度画像データと同じ解像度にする場合には、例えば撮像素子の特性から求めた、撮像画像データと同解像度のノイズ画像データを、補間処理や引き伸ばし処理によって高解像度化したものを用いればよい。   As in the example shown in the present embodiment, when the noise image data has the same resolution as the high-resolution image data, for example, noise image data having the same resolution as the captured image data obtained from the characteristics of the image sensor is What has been increased in resolution by interpolation processing or enlargement processing may be used.

一方、周波数領域でノイズを定義する場合には、例えばカメラモデルのPSFからノイズ基底成分データKを求めることができる。すなわち、高解像度画像データをPSFでぼかした(行列Cを掛け合わせた)場合に、輝度階調の量子化誤差として打ち切られる高周波成分は、解像度の低い撮像画像データでは表現されないと考えられる。したがって、このような高周波成分が撮像画像データに現れている場合には、この成分をノイズ成分とみなすことができる。   On the other hand, when the noise is defined in the frequency domain, the noise base component data K can be obtained from the PSF of the camera model, for example. That is, when high-resolution image data is blurred with PSF (multiplying by matrix C), it is considered that a high-frequency component that is censored as a quantization error in luminance gradation is not expressed in captured image data with low resolution. Therefore, when such a high frequency component appears in the captured image data, this component can be regarded as a noise component.

この場合には、カメラモデルのPSFを畳み込んで画像をぼかすための行列C、及びノイズ基底成分データKに関して下記の数式(7)が成り立つ。なお、数式(7)において、eは要素が全て1のベクトルである。したがって、数式(7)を満たすノイズ画像データKzは、PSFでぼかした(行列Cを掛け合わせた)場合に、その要素が全て1以下となり、そのため輝度階調の量子化誤差として打ち切られる。   In this case, the following equation (7) is established with respect to the matrix C for blurring the image by convolving the PSF of the camera model and the noise base component data K. In Equation (7), e is a vector whose elements are all 1. Therefore, when the noise image data Kz satisfying Expression (7) is blurred by PSF (multiplied by the matrix C), all the elements thereof are 1 or less, and therefore, the quantization error of the luminance gradation is cut off.

Figure 2009181508
Figure 2009181508

上記数式(7)の両辺にC−1を掛けることによって、Kz≦C−1eとの関係式が得られる。したがって、全ての要素が0から1の範囲にあるベクトルであるz’を用いることにより、ノイズ画像データKzを下記の数式(8)のように定義することができる。すなわち、この場合には、数式(4)等においてKzの代わりにC−1z’を用いることができる。 By multiplying C -1 to both sides of the equation (7), a relational expression between Kz ≦ C -1 e is obtained. Therefore, by using z ′, which is a vector in which all elements are in the range of 0 to 1, the noise image data Kz can be defined as in the following formula (8). That is, in this case, C −1 z ′ can be used in place of Kz in Equation (4) and the like.

Figure 2009181508
Figure 2009181508

以上のように、空間領域でのデータとして表現するか、または周波数領域でのデータとして表現するかによってその値は異なっているが、ノイズ基底成分データは、超解像処理を行う前に予め求めることができる。   As described above, although the value differs depending on whether it is expressed as data in the spatial domain or as data in the frequency domain, the noise base component data is obtained in advance before performing the super-resolution processing. be able to.

しかしながら、ノイズ合成ベクトルz及びz’は、未知数であるため、超解像処理を行う際に求める必要がある。すなわち、本発明の超解像処理では、数式(4)で示される評価関数に、高解像度画像データhと、ノイズ合成ベクトルzとの2つの未知数が含まれていることになる。   However, since the noise synthesis vectors z and z ′ are unknown numbers, it is necessary to obtain them when performing super-resolution processing. That is, in the super-resolution processing according to the present invention, the evaluation function represented by Equation (4) includes two unknowns, the high-resolution image data h and the noise synthesis vector z.

したがって、本発明の超解像処理では、従来の超解像処理の工程に加えて、ノイズ合成ベクトルzまたはz’を求める処理が必要になる。以下では、高解像度画像データh及びノイズ合成ベクトルzの導出方法の一例について説明する。なお、以下ではノイズ合成ベクトルzを導出する例について説明するが、ノイズ合成ベクトルがz’であっても導出方法は同じである。   Therefore, in the super-resolution processing of the present invention, in addition to the conventional super-resolution processing step, processing for obtaining the noise synthesis vector z or z ′ is required. Hereinafter, an example of a method for deriving the high-resolution image data h and the noise synthesis vector z will be described. In the following, an example of deriving the noise synthesis vector z will be described, but the deriving method is the same even if the noise synthesis vector is z ′.

上述のように、超解像処理は、評価関数の値を最小化する処理であり、この処理は、この評価関数の高解像度画像データh及びノイズ合成ベクトルzに対する勾配を0に近づける処理に相当する。すなわち、ノイズ合成ベクトルzは、高解像度画像データhと同様にして算出することができる。これを数式で表すと、それぞれ下記の数式(9)及び(10)のようになる。なお、数式(9)及び(10)におけるTは、行列の転置を表している。   As described above, the super-resolution processing is processing for minimizing the value of the evaluation function, and this processing corresponds to processing for bringing the gradient of the evaluation function with respect to the high-resolution image data h and the noise synthesis vector z close to zero. To do. That is, the noise synthesis vector z can be calculated in the same manner as the high resolution image data h. This can be expressed by the following mathematical formulas (9) and (10). Note that T in Expressions (9) and (10) represents transposition of a matrix.

Figure 2009181508
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Figure 2009181508
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数式(9)を満たす高解像度画像データh、及び数式(10)を満たすノイズ合成ベクトルzは、公知の繰り返し演算法にて求めることができる。例えば、繰り返し演算に最急降下法を用いた場合には、下記の数式(11)にて数式(9)を満たす高解像度画像データhを漸近的に求めることができる。   The high-resolution image data h satisfying Equation (9) and the noise synthesis vector z satisfying Equation (10) can be obtained by a known iterative calculation method. For example, when the steepest descent method is used for the repetitive calculation, the high resolution image data h satisfying the formula (9) can be asymptotically obtained by the following formula (11).

また、同様に、下記の数式(12)にて数式(10)を満たすノイズ合成ベクトルzを漸近的に求めることができる。なお、下記数式(11)及び(12)におけるβは、最急降下法における収束速度をコントロールするものであり、両数式に同じ値のβを適用してもよいし、異なる値のβを適用してもよい。   Similarly, it is possible to asymptotically determine the noise synthesis vector z that satisfies the formula (10) by the following formula (12). Note that β in the following equations (11) and (12) controls the convergence speed in the steepest descent method, and the same value β may be applied to both equations, or different values of β may be applied. May be.

Figure 2009181508
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Figure 2009181508
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〔本発明の超解像処理の流れ〕
評価関数として数式(4)を用いる本発明の超解像処理方法について図5に基づいて説明する。図5は、本発明の超解像処理方法を説明するための図である。図示のように、本発明の超解像処理では、図9に示す従来の超解像処理の工程に加えて、位置合わせノイズ画像データを生成するための工程(図5の右側のループ)が追加されている。これにより、撮像画像データからノイズ成分を除去して高精度な超解像処理を行うことが可能になっている。
[Flow of super-resolution processing of the present invention]
A super-resolution processing method according to the present invention using Equation (4) as an evaluation function will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the super-resolution processing method of the present invention. As shown in the figure, in the super-resolution processing of the present invention, in addition to the conventional super-resolution processing step shown in FIG. 9, there is a step (loop on the right side in FIG. 5) for generating alignment noise image data. Have been added. As a result, it is possible to remove noise components from the captured image data and perform highly accurate super-resolution processing.

本発明の超解像処理では、図示のように、擬似低解像度画像データから、撮像画像データから位置合わせノイズ画像データを引いて得られるノイズ除去画像データを差し引くことによって、差分画像データが生成されている。すなわち、擬似低解像度画像データは数式(4)のBhに相当し、撮像画像データはyに相当し、位置合わせノイズ画像データはαNKzに相当し、ノイズ除去画像データは(y−αNKz)に相当する。したがって、差分画像データは{Bh−(y−αNKz)}と表されることになる。 In the super-resolution processing of the present invention, as shown in the figure, difference image data is generated by subtracting noise-removed image data obtained by subtracting the alignment noise image data from the captured image data from the pseudo low-resolution image data. ing. That is, the pseudo low-resolution image data is equivalent to B n h of equation (4), the captured image data corresponds to y n, alignment noise image data corresponds to alpha N n Kz, noise-free image data (y n -αN n Kz). Therefore, the difference image data is represented as {B n h− (y n −αN n Kz)}.

なお、ここでは、図示のように、ノイズ画像データが高解像度、1枚の画像データであることを想定している。そのため、低解像度、n枚の画像データである撮像画像データとの差分を直接計算することはできない。そこで、ノイズ画像データに行列Nを乗じることによって、撮像画像データと同じ解像度、同じ撮像位置のn枚の位置合わせノイズ画像データを生成し、各撮像画像データから、当該撮像画像データに位置合わせして生成された位置合わせノイズ画像データを引くことによって、撮像画像データとノイズ画像データとの差分であるノイズ除去画像データを生成している。 Here, as shown in the figure, it is assumed that the noise image data is a single image data with high resolution. Therefore, it is not possible to directly calculate the difference from the captured image data which is low resolution and n pieces of image data. Therefore, by multiplying the noise image data by the matrix N n , n pieces of alignment noise image data having the same resolution and the same image pickup position as the image pickup image data are generated, and each image pickup image data is aligned with the image pickup image data. By subtracting the alignment noise image data generated in this way, noise-removed image data that is the difference between the captured image data and the noise image data is generated.

同様に、高解像度画像データは、高解像度、1枚の画像データであるから、低解像度、n枚の画像データである撮像画像データとの差分を直接計算することはできない。そこで、高解像度画像データに行列Bを乗じることによって、各撮像画像データに位置合わせされ、低解像度化された擬似低解像度画像データを生成する。そして、各ノイズ除去画像データから、当該ノイズ除去画像データの元データとなる撮像画像データに位置合わせして生成された擬似低解像度画像データを引くことによって差分画像データを生成している。 Similarly, since the high resolution image data is high resolution and single image data, it is not possible to directly calculate a difference from the captured image data that is low resolution and n image data. Therefore, by multiplying the high-resolution image data by the matrix Bn , pseudo low-resolution image data that is aligned with each captured image data and reduced in resolution is generated. Then, the difference image data is generated by subtracting the pseudo low-resolution image data generated by aligning with the captured image data that is the original data of the noise-removed image data from each noise-removed image data.

なお、ノイズ画像データとして、各撮像画像データと、枚数、撮像位置、及び解像度が等しいものを用いた場合には、位置合わせノイズ画像データを生成する必要はなく、この場合には、各撮像画像データと各ノイズ画像データとの差分を直接計算すればよい。また、画像データの差分計算は、差分計算の対象となる画像データにおいて互いに対応する位置の画素、すなわち撮像対象P上の同じ位置を示す画素の画素値を減算することによってなされる。   Note that when noise image data having the same number of images, image pickup position, and resolution is used as each image pickup image data, it is not necessary to generate alignment noise image data. The difference between the data and each noise image data may be directly calculated. In addition, the difference calculation of the image data is performed by subtracting the pixel values of the pixels corresponding to each other in the image data to be subjected to the difference calculation, that is, the pixels indicating the same position on the imaging target P.

ここで、上述のように、超解像処理では、評価関数の値、すなわち評価値が小さいほど高解像度化が高精度に行われたことを示している。そこで、本発明の超解像処理においても、評価値と予め定めた閾値とを比較し、評価値が閾値よりも小さい場合に、十分な精度の高解像度画像データが生成されたと判断して超解像処理を終了する。   Here, as described above, in the super-resolution processing, the smaller the value of the evaluation function, that is, the evaluation value, the higher the resolution is achieved. Therefore, even in the super-resolution processing of the present invention, the evaluation value is compared with a predetermined threshold value, and when the evaluation value is smaller than the threshold value, it is determined that high-resolution image data with sufficient accuracy has been generated. The resolution process ends.

一方、評価値が閾値以上である場合には、高解像度画像データの高解像度化精度が十分ではないと判断して、高解像度画像データの更新を行うと共にノイズ画像データの更新を行う。高解像度画像データ及びノイズ画像データは、評価関数の値が小さくなるように更新される。高解像度画像データ及びノイズ画像データの更新には、公知の繰り返し演算手法を適宜用いることができるが、例えば、上記数式(11)を用いることで高解像度画像データを更新することができ、上記数式(12)を用いることでノイズ画像データを更新することができる。   On the other hand, when the evaluation value is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the high resolution image data is not sufficiently accurate, and the high resolution image data is updated and the noise image data is updated. The high resolution image data and the noise image data are updated so that the value of the evaluation function becomes small. For updating the high-resolution image data and the noise image data, a known iterative calculation method can be appropriately used. For example, the high-resolution image data can be updated by using the equation (11). By using (12), the noise image data can be updated.

そして、本発明の超解像処理では、更新後の高解像度画像データから擬似低解像度画像データを生成すると共に、更新後のノイズ画像データから位置合わせノイズ画像データを生成して差分画像データを生成する。この繰り返しにより、所望の高解像度化精度を有する高解像度画像データを生成するようになっている。   In the super-resolution processing of the present invention, pseudo low-resolution image data is generated from the updated high-resolution image data, and alignment noise image data is generated from the updated noise image data to generate difference image data. To do. By repeating this, high-resolution image data having desired high resolution accuracy is generated.

本発明の超解像処理方法は、以上のようにして、撮像画像データからノイズの影響を除去しており、これによって高解像度画像データのS/Nを向上させている。本実施形態の制御装置6では、超解像処理部12によって、以上のような超解像処理方法が実行されるようになっている。以下では、超解像処理部12のより詳細な構成、及び超解像処理部12が実行する超解像処理の具体的な処理内容について、図1及び図6に基づいて説明する。   As described above, the super-resolution processing method of the present invention removes the influence of noise from captured image data, thereby improving the S / N of high-resolution image data. In the control device 6 of this embodiment, the super-resolution processing unit 12 executes the super-resolution processing method as described above. Hereinafter, a more detailed configuration of the super-resolution processing unit 12 and specific processing contents of the super-resolution processing executed by the super-resolution processing unit 12 will be described with reference to FIGS. 1 and 6.

〔超解像処理部の詳細〕
図1は、超解像処理部12の要部構成を示すブロック図である。図示のように、超解像処理部12は、高解像度画像位置合わせ部12aと、ノイズ画像位置合わせ部(位置合わせノイズ画像生成手段)12bと、画像更新部(ノイズ除去手段、ノイズ画像更新手段)12cとを備えている。
[Details of super-resolution processing unit]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of the super-resolution processing unit 12. As illustrated, the super-resolution processing unit 12 includes a high-resolution image registration unit 12a, a noise image registration unit (positioning noise image generation unit) 12b, and an image update unit (noise removal unit, noise image update unit). ) 12c.

高解像度画像位置合わせ部12aは、高解像度画像データを各撮像画像データに位置合わせして、各撮像画像データに対応する位置合わせ高解像度画像データを生成する。そして、高解像度画像位置合わせ部12aは、上記位置合わせ高解像度画像データを擬似的に低解像度化して、擬似低解像度画像データを生成する。   The high resolution image alignment unit 12a aligns the high resolution image data with each captured image data, and generates alignment high resolution image data corresponding to each captured image data. Then, the high resolution image alignment unit 12a artificially lowers the resolution of the alignment high resolution image data and generates pseudo low resolution image data.

具体的には、高解像度画像画像位置合わせ部12aは、まず高解像度画像データに対する撮像画像データの相対位置を算出する。ここで、撮像システム1では、上述のように、撮像画像データの撮像位置は撮像制御部11によって取得され、撮像画像データをその撮像位置と対応付けた撮像画像データ13aとして撮像画像保存部13に格納することを想定している。   Specifically, the high resolution image image alignment unit 12a first calculates the relative position of the captured image data with respect to the high resolution image data. Here, in the imaging system 1, as described above, the imaging position of the captured image data is acquired by the imaging control unit 11, and the captured image data is stored in the captured image storage unit 13 as captured image data 13a associated with the imaging position. It is assumed to be stored.

したがって、高解像度画像画像位置合わせ部12aは、この撮像画像保存部13に格納されている撮像画像データ13aに基づいて、各撮像画像データの高解像度画像データに対する相対的な撮像位置を算出することができる。なお、撮像画像データの撮像位置が既知でない場合には、パターンマッチングや輝度差分に基づくレジストレーション手法によって、高解像度画像データに対する撮像画像データの相対的な撮像位置を検出してもよい。   Therefore, the high-resolution image image alignment unit 12a calculates a relative imaging position of each captured image data with respect to the high-resolution image data based on the captured image data 13a stored in the captured image storage unit 13. Can do. When the imaging position of the captured image data is not known, the relative imaging position of the captured image data with respect to the high-resolution image data may be detected by a registration method based on pattern matching or luminance difference.

そして、高解像度画像画像位置合わせ部12aは、上記算出した高解像度画像データに対する撮像画像データの相対的な撮像位置に基づいて、高解像度画像データをそれぞれの撮像画像データの撮像位置に位置合わせした後、撮像装置4のカメラモデルから得られる点広がり関数(PSF関数)のカーネルを畳み込んで低解像度化する処理を示す行列Bを算出する。 Then, the high resolution image image alignment unit 12a aligns the high resolution image data with the imaging position of each captured image data based on the relative imaging position of the captured image data with respect to the calculated high resolution image data. Thereafter, a matrix B n indicating a process for reducing the resolution by convolving a kernel of a point spread function (PSF function) obtained from the camera model of the imaging device 4 is calculated.

すなわち、高解像度画像データhに行列Bを乗じることによって、高解像度画像データhが、各撮像画像データyに位置合わせされ、撮像画像データyと同じ解像度に低解像度化された擬似低解像度画像データBhが生成されることになる。 That is, by multiplying the matrix B n high-resolution image data h, high resolution image data h is aligned with the respective captured image data y n, the pseudo low is low resolution to the same resolution as image data y n The resolution image data B n h is generated.

高解像度画像画像位置合わせ部12aは、このようにして算出した行列Bを高解像度画像保存部14に格納されている高解像度画像データに乗じて擬似低解像度画像データBhを算出し、該算出した擬似低解像度画像データBhを画像更新部12cに出力する。 The high-resolution image image alignment unit 12a multiplies the matrix B n calculated in this way by the high-resolution image data stored in the high-resolution image storage unit 14 to calculate pseudo low-resolution image data B n h, The calculated pseudo low-resolution image data B n h is output to the image update unit 12c.

ノイズ画像位置合わせ部12bは、撮像画像データとノイズ画像データとの撮像位置及び解像度の少なくとも一方が異なっている場合に、ノイズ画像データを各撮像画像データに位置合わせする処理及びノイズ画像データの解像度を撮像画像データに合わせる処理の少なくとも一方を行い、位置合わせノイズ画像データを生成する。   The noise image alignment unit 12b performs processing for aligning noise image data to each captured image data and resolution of the noise image data when the captured image data and the noise image data have different imaging positions and resolutions. Is performed at least one of the processes for matching the captured image data to generate the alignment noise image data.

本実施形態では、撮像画像データよりも解像度の高い(高解像度画像データと同じ撮像位置及び同じ解像度の)1枚のノイズ画像データを用いることを想定しているので、ノイズ画像位置合わせ部12bは、ノイズ画像データに位置合わせ及び低解像度化処理を施して、各撮像画像データに対応する複数枚の位置合わせノイズ画像データを生成する。   In the present embodiment, since it is assumed that one piece of noise image data having a higher resolution than the captured image data (the same imaging position and the same resolution as the high-resolution image data) is used, the noise image alignment unit 12b Then, the noise image data is subjected to alignment and resolution reduction processing to generate a plurality of alignment noise image data corresponding to each captured image data.

具体的には、ノイズ画像位置合わせ部12bは、ノイズ画像データを各撮像画像データの撮像位置に位置合わせをした後、撮像画像データの各撮像素子の位置におけるノイズ画像データの画素の輝度値をサンプリングするための行列であるNを求める。なお、Nを求める具体的な方法は、高解像度画像画像位置合わせ部12aがBを求める場合と同様である。 Specifically, the noise image alignment unit 12b aligns the noise image data with the imaging position of each captured image data, and then calculates the luminance value of the pixel of the noise image data at the position of each imaging element of the captured image data. N n which is a matrix for sampling is obtained. A specific method for obtaining N n is the same as the case where the high-resolution image image alignment unit 12a obtains B n .

なお、本実施形態のように、ノイズ画像データの解像度及び撮像位置を高解像度画像データと同じにした場合には、行列Nの構成要素であるM〜Mを行列Bの構成要素であるM〜Mと同じ値となる。したがって、ノイズ画像位置合わせ部12bは、演算を行って行列Nを求めなくとも、高解像度画像画像位置合わせ部12aが算出したM〜Mを用いて行列Nとすることができる。 Note that when the resolution and imaging position of the noise image data are the same as those of the high-resolution image data as in this embodiment, the components M 1 to M n that are the components of the matrix N n are the components of the matrix B n . the same value as M 1 ~M n is. Therefore, the noise image alignment unit 12b can obtain the matrix N n using M 1 to M n calculated by the high-resolution image image alignment unit 12a without performing calculation to obtain the matrix N n .

そして、ノイズ画像画像位置合わせ部12aは、このようにして算出した行列Nをノイズ画像保存部18に格納されているノイズ画像データに乗じ、さらに重みαを乗じて位置合わせノイズ画像データαNKzを算出し、該算出した位置合わせノイズ画像データαNKzを画像更新部12cに出力する。 Then, the noise image image alignment unit 12a multiplies the noise image data stored in the noise image storage unit 18 by the matrix N n calculated in this way, and further multiplies the weight α to align the noise image data αN n. Kz is calculated, and the calculated alignment noise image data αN n Kz is output to the image updating unit 12c.

画像更新部12cは、複数の各撮像画像データから上記位置合わせノイズ画像データを引いてノイズ除去画像データを生成すると共に、高解像度画像データから、上記生成したノイズ除去画像データを引いて差分画像データ生成し、該生成した差分画像データを用いて評価関数の値を算出する。そして、画像更新部12cは、評価関数の値が予め定めた閾値以上である場合に、高解像度画像データ及びノイズ画像データを更新する更新処理を、上記評価関数の値が閾値より小さくなるまで繰り返し行う。   The image update unit 12c generates noise-removed image data by subtracting the alignment noise image data from each of the plurality of captured image data, and subtracts the generated noise-removed image data from the high-resolution image data to obtain difference image data. And the value of the evaluation function is calculated using the generated difference image data. Then, when the value of the evaluation function is equal to or greater than a predetermined threshold, the image update unit 12c repeats the update process for updating the high-resolution image data and the noise image data until the value of the evaluation function becomes smaller than the threshold. Do.

具体的には、画像更新部12cは、撮像画像保存部13から取得した撮像画像データyから位置合わせノイズ画像データαNKzを引いてノイズ除去画像データ(y−αNKz)を生成し、高解像度画像位置合わせ部12aから受け取った擬似低解像度画像データBhから上記ノイズ除去画像データを引いて差分画像データ(Bh−y+αNKz)を算出する。 Specifically, the image updating unit 12c generates a noise-free image data by subtracting the alignment noise image data alpha N n Kz from the captured image data y n obtained from the captured image storage unit 13 (y n -αN n Kz) Then, the difference image data (B n h−y n + αN n Kz) is calculated by subtracting the noise-removed image data from the pseudo low resolution image data B n h received from the high resolution image alignment unit 12a.

そして、画像更新部12cは、上記算出した差分画像データを評価関数に代入して評価関数の値、すなわち評価値を求め、評価関数の値が予め定めた閾値より小さいか否かを判断する。閾値より小さい場合には、画像更新部12cは、超解像処理の終了を欠陥検査処理部15に伝達して処理を終了する。一方、評価値が予め定めた閾値以上である場合には、画像更新部12cは、上記求めた差分画像データに基づいて高解像度画像データ及びノイズ画像データの更新を行う。   Then, the image update unit 12c substitutes the calculated difference image data into the evaluation function to obtain an evaluation function value, that is, an evaluation value, and determines whether or not the evaluation function value is smaller than a predetermined threshold value. If it is smaller than the threshold value, the image updating unit 12c transmits the end of the super-resolution processing to the defect inspection processing unit 15 and ends the process. On the other hand, when the evaluation value is equal to or greater than a predetermined threshold, the image update unit 12c updates the high-resolution image data and the noise image data based on the obtained difference image data.

なお、上記閾値は、要求される高解像度化の精度に応じて適宜変更することができる。例えば、より高い精度の高解像度化が要求される場合には、上記閾値を小さく設定すればよく、高解像度化精度は余り要求されないが、迅速な処理速度が要求される場合には、上記閾値を大きく設定すればよい。すなわち、上記閾値は、超解像処理の精度を決定するための値であり、超解像処理に要求される様々な条件に合わせて適宜設定することができる。   The threshold value can be changed as appropriate according to the required accuracy of resolution enhancement. For example, when higher resolution and higher resolution are required, the threshold value may be set small, and higher resolution accuracy is not required, but when a rapid processing speed is required, the threshold value is set. Should be set larger. That is, the threshold value is a value for determining the accuracy of the super-resolution processing, and can be set as appropriate according to various conditions required for the super-resolution processing.

〔超解像処理の流れ〕
続いて、超解像処理部12における超解像処理の流れについて、図6に基づいて説明する。図6は、超解像処理の一例を示すフローチャートである。なお、図6のフローチャートは、図4のフローチャートにおけるS2の処理に対応している。
[Flow of super-resolution processing]
Next, the flow of super-resolution processing in the super-resolution processing unit 12 will be described based on FIG. FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of super-resolution processing. Note that the flowchart of FIG. 6 corresponds to the process of S2 in the flowchart of FIG.

超解像処理に用いるn枚の撮像画像データyが撮像画像保存部13に格納されると、超解像処理部12は、格納された撮像画像データyを取得する(S11)。超解像処理部12が取得した撮像画像データyは、高解像度画像位置合わせ部12a及びノイズ画像位置合わせ部12bに送られる。 When captured image data y n of n sheets used in the super-resolution processing is stored in the captured image storage unit 13, the super-resolution processing section 12 obtains the stored image data y n (S11). Image data y n of the super-resolution processing unit 12 has acquired is sent to the high-resolution image registration unit 12a and the noise image registration unit 12b.

撮像画像データyを受け取った高解像度画像位置合わせ部12aは、高解像度画像保存部14に格納されている高解像度画像データhを取得し、取得した高解像度画像データhをそれぞれの撮像画像データyの撮像位置に位置合わせした後、撮像装置4のカメラモデルから得られるPSF関数のカーネルを畳み込んで低解像度化する処理を示す行列Bを算出する。そして、高解像度画像位置合わせ部12aは、高解像度画像データhに上記算出したBを乗じて擬似低解像度画像データBhを生成する(S12)。高解像度画像位置合わせ部12aは、生成した擬似低解像度画像データBhを画像更新部12cに送る。 High-resolution image registration unit 12a that has received the image data y n is the high-resolution image storage unit 14 to acquire a high-resolution image data h stored in the high resolution image data h each captured image data obtained After alignment with the imaging position of y n , a matrix B n indicating a process for reducing the resolution by convolving the kernel of the PSF function obtained from the camera model of the imaging device 4 is calculated. Then, the high-resolution image registration unit 12a generates a pseudo low-resolution image data B n h is multiplied by a B n calculated above to the high-resolution image data h (S12). The high resolution image alignment unit 12a sends the generated pseudo low resolution image data B n h to the image update unit 12c.

また、撮像画像データyを受け取ったノイズ画像位置合わせ部12bは、ノイズ画像保存部18に格納されているノイズ画像データKzを取得し、取得したノイズ画像データKzをそれぞれの撮像画像データyの撮像位置に位置合わせ及び低解像度化して、位置合わせノイズ画像データαNKzを生成する(S13)。 The noise image registration unit 12b that has received the image data y n obtains noise image data Kz stored in the noise image storage unit 18, the acquired noise image data Kz each captured image data y n Alignment noise image data αN n Kz is generated (S13).

なお、ノイズ画像データKzのノイズ基底成分Kは予め求めておいた値を利用するが、ノイズ合成ベクトルzは、図5に示すような繰り返し演算にて更新されてゆくので、その初期値はどのような値であってもよい。例えば、ノイズ画像データKzの全面が黒色の黒色画像となるようにノイズ合成ベクトルzの初期値を設定してもよい。   In addition, although the noise basis component K of the noise image data Kz uses a value obtained in advance, the noise synthesis vector z is updated by iterative calculation as shown in FIG. Such a value may be used. For example, the initial value of the noise synthesis vector z may be set so that the entire noise image data Kz is a black black image.

そして、ノイズ画像位置合わせ部12bは、生成した位置合わせノイズ画像データαNKzを画像更新部12cに送る。なお、図示の例では、S12の後にS13の処理を行うようになっているが、先にS13の処理を行うようにしてもよいし、S12の処理とS13の処理とを同時に行ってもよい。 Then, the noise image alignment unit 12b sends the generated alignment noise image data αN n Kz to the image update unit 12c. In the illustrated example, the process of S13 is performed after S12. However, the process of S13 may be performed first, or the process of S12 and the process of S13 may be performed simultaneously. .

擬似低解像度画像データBhと位置合わせノイズ画像データαNKzとを受け取った画像更新部12cは、撮像画像データyからノイズ画像データαNKzを差し引いてノイズ除去画像データを生成する。そして、擬似低解像度画像データBhから、上記ノイズ除去画像データ(y−αNKz)を差し引くことにより、差分画像データ(Bnh−y+αNKz)を生成する(S14)。 The image updating unit 12c that has received the pseudo low-resolution image data B n h and the alignment noise image data αN n Kz generates noise-removed image data by subtracting the noise image data αN n Kz from the captured image data y n . Then, by subtracting the noise-removed image data (y n −αN n Kz) from the pseudo low resolution image data B n h, difference image data (Bnh−y n + αN n Kz) is generated (S14).

続いて、画像更新部12cは、上記生成した差分画像データを上記数式(4)に代入して評価関数の値(評価値)Eを求める(S15)。そして、画像更新部12cは、上記求めた評価値Eと、予め定めた閾値とを比較する(S16)。評価値Eが閾値よりも小さい場合(S16でYes)には、画像更新部12cは、超解像処理の終了を欠陥検査処理部15に伝達して処理を終了する。   Subsequently, the image update unit 12c calculates the value (evaluation value) E of the evaluation function by substituting the generated difference image data into the equation (4) (S15). Then, the image update unit 12c compares the obtained evaluation value E with a predetermined threshold value (S16). When the evaluation value E is smaller than the threshold value (Yes in S16), the image update unit 12c transmits the end of the super-resolution processing to the defect inspection processing unit 15 and ends the processing.

一方、評価値Eが閾値以上である場合(S16でNo)には、画像更新部12cは、評価値Eの値に基づいて高解像度画像データh及びノイズ画像データKzを更新する(S17)。具体的には、画像更新部12cは、上記数式(11)を用いて繰り返し演算を行うことにより、高解像度画像データhを更新し、更新後の高解像度画像データhを高解像度画像保存部14に格納されている高解像度画像データhに上書きする。また、画像更新部12cは、上記数式(12)を用いて繰り返し演算を行うことにより、ノイズ画像データKzを更新し、更新後のノイズ画像データKzをノイズ画像保存部18に格納されているノイズ画像データKzに上書きする。   On the other hand, when the evaluation value E is equal to or greater than the threshold (No in S16), the image update unit 12c updates the high-resolution image data h and the noise image data Kz based on the evaluation value E (S17). Specifically, the image update unit 12c performs high-speed image data h by repeatedly performing calculations using the above formula (11), and updates the high-resolution image data h after the update to the high-resolution image storage unit 14. The high-resolution image data h stored in is overwritten. Further, the image update unit 12c performs the calculation repeatedly using the above formula (12), thereby updating the noise image data Kz, and the noise image data Kz after the update is stored in the noise image storage unit 18. The image data Kz is overwritten.

画像更新部12cは、更新した高解像度画像データh及びノイズ画像データKzを上書き保存すると、高解像度画像データh及びノイズ画像データKzが更新されたことを高解像度画像位置合わせ部12a及びノイズ画像位置合わせ部12bに伝達する。この伝達を受けると、高解像度画像位置合わせ部12a及びノイズ画像位置合わせ部12bは、再び擬似低解像度画像データBh及び位置合わせノイズ画像データαNKzの生成を行う(S12、13)。 When the updated high-resolution image data h and noise image data Kz are overwritten and saved, the image update unit 12c indicates that the high-resolution image data h and noise image data Kz are updated. It transmits to the matching part 12b. Upon receiving this transmission, the high resolution image alignment unit 12a and the noise image alignment unit 12b again generate the pseudo low resolution image data B n h and the alignment noise image data αN n Kz (S12, 13).

このように、超解像処理部12が行う超解像処理方法によれば、評価値が閾値以上である場合には、高解像度画像データhと共にノイズ画像データKzが更新されるようになっている。したがって、上記超解像処理方法によれば、撮像画像データに含まれるノイズをより正確に反映させたノイズ画像データKzに基づいて超解像処理を行うことができるので、撮像画像データに含まれるノイズ成分の影響を低減して高精度な超解像処理を行うことが可能になる。   As described above, according to the super-resolution processing method performed by the super-resolution processing unit 12, when the evaluation value is equal to or greater than the threshold value, the noise image data Kz is updated together with the high-resolution image data h. Yes. Therefore, according to the super-resolution processing method, the super-resolution processing can be performed based on the noise image data Kz that more accurately reflects the noise included in the captured image data. It becomes possible to perform highly accurate super-resolution processing by reducing the influence of noise components.

なお、上記のフローチャートは、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明の超解像処理はこの実施形態の処理内容に限定されない。例えば、上記のフローチャートでは、高解像度画像データの更新と、ノイズ画像データの更新とを同じ回数だけ行う態様を示しているが、更新回数は必ずしも同じである必要はない。ノイズ画像データの更新回数を高解像度画像データの更新回数よりも少なくした場合には、超解像処理の演算量を減らすことができる。   The above flow chart shows an embodiment of the present invention, and the super-resolution processing of the present invention is not limited to the processing content of this embodiment. For example, the above flowchart shows an aspect in which the update of the high-resolution image data and the update of the noise image data are performed the same number of times, but the number of updates is not necessarily the same. When the number of updates of the noise image data is less than the number of updates of the high-resolution image data, the amount of calculation for super-resolution processing can be reduced.

以下では、本発明が従来技術に対してどの程度有利な効果を奏するかについて、図7及び図8に基づいて説明する。図7(a)は、本実施例における超解像処理の対象である処理対象画像データ31を示す図である。処理対象画像データ31は、上記実施形態における撮像対象Pに相当するものであり、図示のように、明部31aがマトリクス状に配列したデータである。ここでは、縦3×横3に配列した9つの明部31aのうち、中央の明部31bは、他の明部31aよりも輝度値が高いことを想定している。   Below, how advantageous the present invention is over the prior art will be described with reference to FIGS. FIG. 7A is a diagram illustrating processing target image data 31 that is a target of super-resolution processing in the present embodiment. The processing target image data 31 corresponds to the imaging target P in the above-described embodiment, and is data in which bright portions 31a are arranged in a matrix as illustrated. Here, it is assumed that among the nine bright portions 31a arranged in the vertical 3 × horizontal 3, the central bright portion 31b has a higher luminance value than the other bright portions 31a.

本実施例では、処理対象画像データ31を実際に撮像装置で撮像する代わりに、処理対象画像データ31を光学劣化させると共に、撮像によって生じるノイズを乗じることによって、処理対象画像データ31を撮像装置にて撮像して得られるものと同等の撮像画像データを生成している。   In this embodiment, instead of actually capturing the processing target image data 31 with the imaging device, the processing target image data 31 is optically degraded, and the processing target image data 31 is applied to the imaging device by multiplying noise generated by the imaging. Thus, captured image data equivalent to that obtained by imaging is generated.

具体的には、まず、処理対象画像データ31を図7(b)に示す撮像素子の割当で撮像することに相当するPSFで光学劣化させた。同図(b)は、処理対象画像データ31に対する各撮像素子の位置を示す図である。同図において、破線32で囲まれた各領域32aが1つの撮像素子の位置を示している。このようにして、光学劣化させることにより、破線32で示す撮像素子の割り当てで撮像した場合と同等の画像データを生成することができる。   Specifically, first, the processing target image data 31 was optically degraded with a PSF corresponding to imaging with the imaging element allocation shown in FIG. FIG. 4B is a diagram showing the position of each image sensor with respect to the processing target image data 31. In the figure, each region 32a surrounded by a broken line 32 indicates the position of one image sensor. Thus, by optically degrading, it is possible to generate image data equivalent to a case where an image is picked up by assignment of the image pickup element indicated by the broken line 32.

次に、このようにして生成した画像データに対して図7(c)に示す市松模様状に感度ばらつきを乗じた。図7(c)は、処理対象画像データに乗じた感度のばらつきを示す図である。図示のように、感度ばらつきパターン33は、同図(b)に示す領域32aのそれぞれについて、斜線が施された領域33aと斜線が施されていない領域33bとが交互に配置されたパターンとなっている。ここでは、領域33aには−n[%]の感度のばらつきが生じており、領域33bには+n[%]の感度のばらつきが生じていることを想定している。   Next, the image data generated in this way was multiplied by the sensitivity variation in a checkered pattern as shown in FIG. FIG. 7C is a diagram showing variation in sensitivity multiplied by the processing target image data. As shown in the figure, the sensitivity variation pattern 33 is a pattern in which the hatched region 33a and the hatched region 33b are alternately arranged for each of the regions 32a shown in FIG. ing. Here, it is assumed that the sensitivity variation of −n [%] occurs in the region 33a, and the sensitivity variation of + n [%] occurs in the region 33b.

そして、以上のようにして生成した画像データにさらにノイズを乗じた後、各撮像素子の位置でサンプリングを行ったものを撮像画像データとした。なお、ここでは上記PSFとして、撮像素子のサイズに対して標準偏差が0.56倍のGaussian型のPSFを用いた。また、上記ノイズとして、輝度の標準偏差が1.43のGaussianノイズを用いた。   Then, after the image data generated as described above is further multiplied by noise, the image data obtained by sampling at the position of each image sensor is used as the captured image data. Here, as the PSF, a Gaussian PSF having a standard deviation of 0.56 times the size of the image sensor was used. In addition, Gaussian noise with a standard deviation of luminance of 1.43 was used as the noise.

本実施例では、従来の超解像処理方法、従来法による超解像処理の後に平滑化処理を行う方法、及び本発明の超解像処理方法、の3通りの方法を用いて、以上のようにして生成した撮像画像データを縦方向3倍、横方向3倍に高解像度化し、高解像度画像データを生成した。なお、本発明の超解像処理方法では、数式(4)におけるノイズ画像データに乗じる重みαの値として2を用いた。   In this embodiment, the conventional super-resolution processing method, the method of performing the smoothing process after the super-resolution processing by the conventional method, and the super-resolution processing method of the present invention are used. The captured image data generated in this way was increased in resolution three times in the vertical direction and three times in the horizontal direction to generate high-resolution image data. In the super-resolution processing method of the present invention, 2 is used as the value of the weight α multiplied by the noise image data in Equation (4).

上記のようにして生成した高解像度画像データにおける、S/Nと撮像感度のばらつきとの関係を図8に示す。図示のように、従来の超解像処理方法は、3通りの方法の中で最もS/Nが低い。これに対し、従来法による超解像処理の後に平滑化処理(スムージング)を行う方法によれば、従来の超解像処理方法と比べてS/Nが向上している。そして、本発明の超解像処理方法によれば、従来法による超解像処理の後に平滑化処理を行う方法よりもさらにS/Nが向上していることが分かる。   FIG. 8 shows the relationship between S / N and imaging sensitivity variation in the high-resolution image data generated as described above. As illustrated, the conventional super-resolution processing method has the lowest S / N ratio among the three methods. On the other hand, according to the method of performing the smoothing process (smoothing) after the super-resolution process by the conventional method, the S / N is improved as compared with the conventional super-resolution process method. Then, according to the super-resolution processing method of the present invention, it can be seen that the S / N is further improved as compared with the method of performing the smoothing process after the super-resolution process by the conventional method.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

また、上記実施形態では、超解像処理を行う超解像処理部12と、各種データを読み出し可能に記憶する撮像画像保存部13、高解像度画像保存部14、ノイズ画像保存部18、及び欠陥検査画像保存部16と、欠陥検査を行う欠陥検査処理部15とが、制御装置6に含まれている構成を示したが、これらの各構成の一部または全部は、それぞれ別体として構成することもできる。さらに、上記実施形態では、高解像度画像位置合わせ部12aとノイズ画像位置合わせ部12bとを別体に構成する例を示したが、これらを統合して1つの構成要素としてもよい。   Moreover, in the said embodiment, the super-resolution process part 12 which performs a super-resolution process, the captured image storage part 13 which memorize | stores various data so that reading is possible, the high-resolution image storage part 14, the noise image storage part 18, and a defect The configuration in which the inspection image storage unit 16 and the defect inspection processing unit 15 that performs defect inspection are included in the control device 6 has been shown, but some or all of these components are configured separately. You can also Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the high-resolution image alignment unit 12a and the noise image alignment unit 12b are configured separately has been described, but these may be integrated into one component.

なお、本実施形態では、固体撮像素子を用いて撮像された撮像画像データに対して直接に超解像処理を施す例を示したが、処理の対象となる画像は、予め撮像されたデータであってもよい。すなわち、本発明では、任意の撮像装置で撮像した撮像画像データを超解像処理部12に供給することによって、ノイズの影響が低減された高精細な高解像度画像データを生成することができる。   In the present embodiment, an example in which super-resolution processing is directly performed on captured image data captured using a solid-state imaging device has been described. However, an image to be processed is data captured in advance. There may be. That is, in the present invention, high-definition high-resolution image data in which the influence of noise is reduced can be generated by supplying captured image data captured by an arbitrary imaging device to the super-resolution processing unit 12.

なお、本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の画像処理装置は、第1の解像度を有する複数の第1画像データ(撮像画像データ)を、上記第1の解像度よりも高い第2の解像度の第2画像データ(高解像度画像データ)に変換する画像処理装置であって、上記第1画像データの予め定められた基準位置に対する位置合わせデータを生成する画像位置合わせ手段と、上記処理対象の画像データに含まれる撮像ノイズの構成成分を表すノイズ基底成分データを生成するノイズ基底成分生成手段とを備え、上記第1画像データから、上記ノイズ基底成分データを組み合わせて推定されるノイズを取り除いたノイズ除去画像データと、上記第2画像データとの位置合わせ後の差分を計算する数式(評価関数)の値が所定の値よりも小さくなるまで繰返し演算を行うことによって、上記第2画像データを生成する高解像度画像生成手段を備えていることを特徴としている。   The present invention can also be expressed as follows. That is, the image processing apparatus of the present invention converts a plurality of first image data (captured image data) having a first resolution into second image data (high-resolution image) having a second resolution higher than the first resolution. An image processing unit for generating registration data for a predetermined reference position of the first image data, and a configuration of imaging noise included in the image data to be processed Noise basis component generation means for generating noise basis component data representing a component, noise-removed image data obtained by removing noise estimated by combining the noise basis component data from the first image data, and the second By repeatedly calculating until the value of the mathematical expression (evaluation function) for calculating the difference after alignment with the image data becomes smaller than a predetermined value It is characterized in that it comprises a high resolution image generation means for generating the second image data.

また、上記ノイズ基底成分データは、上記第1画像データの撮像に用いた撮像装置のレンズの結像及び固体撮像素子による離散化等により決定される光学劣化関数を乗じた場合に、予め定められた値以下となる周波数成分の集合として表現されることが好ましい。   The noise base component data is determined in advance when multiplied by an optical degradation function determined by imaging of the lens of the imaging device used for imaging the first image data and discretization by a solid-state imaging device. It is preferably expressed as a set of frequency components that are less than or equal to the specified value.

そして、上記ノイズ基底成分データは、上記第2画像データ上での上記第1画像データの画素サイズよりも小さいパターンの画像データの集合として表現されるものであってもよい。   The noise base component data may be expressed as a set of image data having a pattern smaller than the pixel size of the first image data on the second image data.

また、本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の画像処理装置は、撮像装置を用いて1つの撮像対象を撮像して得られた複数の撮像画像データに基づいて、当該撮像画像データよりも解像度の高い高解像度画像データを生成する画像処理装置であって、高解像度画像データを格納する高解像度画像保存部と、上記撮像装置で撮像を行うことによって上記複数の各撮像画像データに生じるノイズ成分を示すノイズ画像データを格納するノイズ画像保存部と、上記高解像度画像保存部に格納されている高解像度画像データを上記複数の各撮像画像データに位置合わせすると共に、上記撮像画像データと同じ解像度に変換し、さらに上記撮像装置のカメラモデルから得られる点広がり関数を乗じて複数の擬似低解像度画像データを生成する擬似低解像度画像生成手段と、上記複数の撮像画像データのそれぞれについて、当該撮像画像データと位置合わせをして生成された擬似低解像度画像データ及びノイズ画像データを引くことにより、複数の差分画像データを生成する差分画像生成手段と、上記生成された複数の差分画像データに基づいて、上記高解像度画像データと上記複数の撮像画像データとの誤差を示す評価関数の値を算出すると共に、上記評価関数の値が予め定めた閾値以上である場合に、当該評価関数の値が小さくなるように高解像度画像データ及びノイズ画像データを更新して、それぞれを上記高解像度画像保存部及び上記ノイズ画像保存部に格納する画像更新手段とを備えていることを特徴としている。   The present invention can also be expressed as follows. That is, the image processing apparatus according to the present invention generates high-resolution image data having a higher resolution than the captured image data based on a plurality of captured image data obtained by imaging one imaging target using the imaging apparatus. A high-resolution image storage unit that stores high-resolution image data, and noise image data that indicates noise components generated in each of the plurality of captured image data by performing imaging with the imaging device A high-resolution image data stored in the noise image storage unit and the high-resolution image storage unit is aligned with each of the plurality of captured image data, converted to the same resolution as the captured image data, and the imaging device A pseudo low-resolution image generating means for generating a plurality of pseudo low-resolution image data by multiplying a point spread function obtained from the camera model of Difference image generation means for generating a plurality of difference image data by subtracting pseudo low-resolution image data and noise image data generated by aligning the captured image data with each of the captured image data, and Based on the generated plurality of difference image data, an evaluation function value indicating an error between the high-resolution image data and the plurality of captured image data is calculated, and the evaluation function value is equal to or greater than a predetermined threshold value. In some cases, the high-resolution image data and the noise image data are updated so as to reduce the value of the evaluation function, and the image update unit stores the data in the high-resolution image storage unit and the noise image storage unit, respectively. It is characterized by having.

上記の構成によれば、高解像度画像データ及びノイズ画像データは、評価関数の値が予め定めた閾値以上である場合に、評価関数の値が小さくなるように更新される。すなわち、評価関数の値が予め定めた閾値以上である場合には、高解像度画像データ及びノイズ画像データが、複数の撮像画像データが高解像度画像データに正確に反映されるように更新される。   According to the above configuration, the high-resolution image data and the noise image data are updated so that the value of the evaluation function becomes small when the value of the evaluation function is equal to or greater than a predetermined threshold value. That is, when the value of the evaluation function is equal to or greater than a predetermined threshold, the high resolution image data and the noise image data are updated so that the plurality of captured image data are accurately reflected in the high resolution image data.

そして、更新された高解像度画像データ及びノイズ画像データに基づいて、再度評価関数の値が算出され、評価関数の値が予め定めた閾値以上であれば、高解像度画像データ及びノイズ画像データは、再度更新される。このような処理の繰り返しにより、高解像度画像データ及びノイズ画像データは、評価関数の値が予め定めた閾値よりも小さくなるまで更新されることになる。   Then, based on the updated high resolution image data and noise image data, the value of the evaluation function is calculated again, and if the value of the evaluation function is equal to or greater than a predetermined threshold, the high resolution image data and the noise image data are It will be updated again. By repeating such processing, the high-resolution image data and the noise image data are updated until the value of the evaluation function becomes smaller than a predetermined threshold value.

したがって、評価関数の値が予め定めた閾値よりも小さくなったときには、高解像度画像格納部には、複数の撮像画像データを正確に反映させた高解像度画像データが格納されていることになる。   Therefore, when the value of the evaluation function becomes smaller than a predetermined threshold, the high resolution image storage unit stores high resolution image data that accurately reflects a plurality of captured image data.

また、ノイズ画像データも、高解像度画像データと同様に更新されるので、上記の構成によれば、複数の撮像画像データを正確に反映させたノイズ画像データに基づいて評価関数の値が算出される。   Since the noise image data is also updated in the same manner as the high resolution image data, according to the above configuration, the value of the evaluation function is calculated based on the noise image data that accurately reflects the plurality of captured image data. The

これにより、複数の撮像画像データに含まれるノイズ成分を選択的に除去することができるので、撮像画像データに含まれるノイズ成分の影響を低減して非常に精度の高い高解像度画像データを生成することが可能になる。   As a result, noise components included in a plurality of captured image data can be selectively removed, so that the influence of the noise components included in the captured image data is reduced and highly accurate high-resolution image data is generated. It becomes possible.

最後に、制御装置6の各ブロック、特に撮像制御部11、超解像処理部12、及び欠陥検査処理部15は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。   Finally, each block of the control device 6, in particular, the imaging control unit 11, the super-resolution processing unit 12, and the defect inspection processing unit 15 may be configured by hardware logic or using a CPU as follows. It may be realized by software.

すなわち、制御装置6は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラム及び各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである制御装置6の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記制御装置6に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。   That is, the control device 6 includes a CPU (central processing unit) that executes instructions of a control program that realizes each function, a ROM (read only memory) that stores the program, a RAM (random access memory) that expands the program, A storage device (recording medium) such as a memory for storing the program and various data is provided. An object of the present invention is to provide a recording medium in which a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program of the control device 6 which is software that realizes the above-described functions is recorded so as to be readable by a computer. This can also be achieved by supplying the control device 6 and reading and executing the program code recorded on the recording medium by the computer (or CPU or MPU).

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。   Examples of the recording medium include a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk / hard disk, and an optical disk such as a CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. Card system such as IC card, IC card (including memory card) / optical card, or semiconductor memory system such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM.

また、制御装置6を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。   The control device 6 may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network, satellite communication. A net or the like is available. Also, the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited. For example, even in the case of wired such as IEEE 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL line, etc., infrared rays such as IrDA and remote control, Bluetooth ( (Registered trademark), 802.11 wireless, HDR, mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, and the like can also be used. The present invention can also be realized in the form of a computer data signal embedded in a carrier wave in which the program code is embodied by electronic transmission.

本発明によれば、撮像画像データに含まれるノイズ成分の影響を低減して超解像処理を行うことができるので、製品の欠陥を検査する装置に限られず、画像データの高解像度化を行う様々な装置に適用できる。また、高解像度化の対象は、静止画像に限られず動画像についても同様に高解像度化することが可能である。   According to the present invention, the influence of noise components included in captured image data can be reduced and super-resolution processing can be performed, so that the resolution of image data is increased without being limited to an apparatus for inspecting product defects. Applicable to various devices. Further, the target of higher resolution is not limited to still images, and it is possible to increase the resolution of moving images as well.

本発明の実施形態を示すものであり、超解像処理部の要部構成を示すブロック図である。1, showing an embodiment of the present invention, is a block diagram illustrating a main configuration of a super-resolution processing unit. FIG. 本発明の実施形態を示すものであり、撮像システムの概要を示す図である。1 is a diagram illustrating an outline of an imaging system according to an embodiment of the present invention. 上記撮像システムが備える制御装置の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of the control apparatus with which the said imaging system is provided. 上記撮像システムにおける処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process in the said imaging system. 本発明の超解像処理方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the super-resolution processing method of this invention. 上記超解像処理部にて実行される超解像処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the super-resolution process performed in the said super-resolution process part. 同図(a)は本発明の実施例における超解像処理の対象である処理対象画像データを示す図であり、同図(b)は処理対象画像データに対する各撮像素子の位置を示す図であり、同図(c)は処理対象画像データに乗じた感度のばらつきを示す図である。FIG. 4A is a diagram showing processing target image data that is a target of super-resolution processing in the embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a diagram showing a position of each image sensor with respect to the processing target image data. FIG. 6C is a diagram showing variation in sensitivity multiplied by the processing target image data. 従来の超解像処理方法、従来法による超解像処理の後に平滑化処理を行う方法、及び本発明の超解像処理方法のそれぞれを用いて生成した3通りの高解像度画像データにおける、S/Nと撮像感度のばらつきとの関係を示す図である。S in three types of high-resolution image data generated using each of the conventional super-resolution processing method, the method of performing the smoothing process after the super-resolution processing by the conventional method, and the super-resolution processing method of the present invention, It is a figure which shows the relationship between / N and the dispersion | variation in imaging sensitivity. 従来の超解像処理方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional super-resolution processing method.

符号の説明Explanation of symbols

1 撮像システム
4 撮像装置
12 超解像処理部(画像処理装置)
12a 高解像度画像位置合わせ部
12b ノイズ画像位置合わせ部(位置合わせノイズ画像生成手段)
12c 画像更新部(ノイズ除去手段、ノイズ画像更新手段)
13 撮像画像保存部
14 高解像度画像保存部
18 ノイズ画像保存部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging system 4 Imaging apparatus 12 Super-resolution processing part (image processing apparatus)
12a High-resolution image alignment unit 12b Noise image alignment unit (alignment noise image generation means)
12c Image update unit (noise removal means, noise image update means)
13 Captured image storage unit 14 High-resolution image storage unit 18 Noise image storage unit

Claims (8)

複数の原画像データに基づいて生成された、当該原画像データよりも解像度の高い高解像度画像データと、上記複数の原画像データのそれぞれからノイズ成分を除去したノイズ除去画像データとの誤差が小さくなるように上記高解像度画像データを更新する更新処理を、上記誤差が予め定めた閾値より小さくなるまで繰り返し行う画像処理装置であって、
上記更新処理を行うときに、上記各原画像データのそれぞれから、当該原画像データに含まれるノイズ成分を示すノイズ画像データを引くことによって上記ノイズ除去画像データを生成するノイズ除去手段と、
上記更新処理において上記誤差が上記閾値以上である場合に、上記誤差が小さくなるように上記ノイズ画像データを更新するノイズ画像更新手段とを備えていることを特徴とする画像処理装置。
The error between the high-resolution image data having a higher resolution than the original image data and the noise-removed image data obtained by removing the noise component from each of the plurality of original image data is small. An image processing apparatus that repeatedly performs update processing for updating the high-resolution image data until the error becomes smaller than a predetermined threshold value,
Noise removing means for generating the noise-removed image data by subtracting noise image data indicating a noise component included in the original image data from each of the original image data when performing the update process;
An image processing apparatus comprising: a noise image updating unit configured to update the noise image data so that the error is reduced when the error is equal to or greater than the threshold value in the update process.
上記ノイズ画像データは、上記原画像データよりも解像度が高い画像データであり、
上記ノイズ画像データを上記複数の各原画像データに位置合わせすると共に、上記ノイズ画像データを原画像データと同じ解像度に変換して複数の位置合わせノイズ画像データを生成する位置合わせノイズ画像データ生成手段を備え、
上記ノイズ除去手段は、上記複数の原画像データのそれぞれから、当該原画像データと位置合わせをして生成された上記位置合わせノイズ画像データを引くことによって上記ノイズ除去画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The noise image data is image data having a higher resolution than the original image data,
Alignment noise image data generating means for aligning the noise image data with each of the plurality of original image data and generating the plurality of alignment noise image data by converting the noise image data to the same resolution as the original image data With
The noise removal means generates the noise-removed image data by subtracting the alignment noise image data generated by alignment with the original image data from each of the plurality of original image data. The image processing apparatus according to claim 1.
上記ノイズ画像データは、上記各原画像データに含まれるノイズの位置を示すために予め設定されているノイズ基底成分データと、各ノイズの位置におけるノイズ強度との積の和で表されることを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。   The noise image data is represented by a sum of products of noise base component data set in advance to indicate the position of noise included in each original image data and noise intensity at each noise position. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is an image processing apparatus. 上記ノイズ画像データは、上記原画像データを取得するために用いた撮像装置のカメラモデルから得られる点広がり関数によって量子化誤差として打ち切られる周波数成分の集合であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。   The noise image data is a set of frequency components that are censored as a quantization error by a point spread function obtained from a camera model of an imaging apparatus used for acquiring the original image data. 2. The image processing apparatus according to 2. 請求項1から4の何れか1項に記載の画像処理装置と、
撮像対象を撮像して上記複数の原画像データを取得する撮像装置と、
上記画像処理装置が生成した高解像度画像データに基づいて上記撮像対象の欠陥検査を行う検査装置とを含む検査システム。
An image processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
An imaging device that captures an imaging target and obtains the plurality of original image data;
An inspection system including: an inspection device that performs defect inspection of the imaging target based on high-resolution image data generated by the image processing device.
複数の原画像データに基づいて生成された、当該原画像データよりも解像度の高い高解像度画像データと、上記複数の原画像データのそれぞれからノイズ成分を除去したノイズ除去画像データとの誤差が小さくなるように上記高解像度画像データを更新する更新処理を、上記誤差が予め定めた閾値より小さくなるまで繰り返し行う画像処理装置の画像処理方法であって、
上記更新処理を行うときに、上記各原画像データのそれぞれから、当該原画像データに含まれるノイズ成分を示すノイズ画像データを引くことによって上記ノイズ除去画像データを生成するノイズ除去ステップと、
上記更新処理において上記誤差が上記閾値以上である場合に、上記誤差が小さくなるように上記ノイズ画像データを更新するノイズ画像更新ステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。
The error between the high-resolution image data having a higher resolution than the original image data and the noise-removed image data obtained by removing the noise component from each of the plurality of original image data is small. An image processing method of an image processing apparatus for repeatedly performing update processing for updating the high-resolution image data until the error becomes smaller than a predetermined threshold,
A noise removal step of generating the noise-removed image data by subtracting noise image data indicating a noise component included in the original image data from each of the original image data when performing the update process;
And a noise image updating step of updating the noise image data so that the error is reduced when the error is greater than or equal to the threshold value in the update process.
請求項1から5の何れか1項に記載の画像処理装置を動作させるための画像処理プログラムであって、コンピュータを上記各手段として機能させるための画像処理プログラム。   An image processing program for operating the image processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the image processing program causes a computer to function as each of the means. 請求項7に記載の画像処理プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the image processing program according to claim 7 is recorded.
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