JP5263328B2 - Color image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルカメラをはじめとする、固体撮像素子及び固体撮像素子を利用したカラー撮像素子に関するものである。 The present invention relates to a solid-state image sensor including a digital camera and a color image sensor using the solid-state image sensor.
例えば、単板式の固体撮像素子を用いた撮影装置では、そのまま撮影しても単一の分光感度しか得られない。このため、多数の画素に対してそれぞれ異なる色フィルタを貼り、それらを特定のパターンで配置してカラー撮影を行なう方法が一般的となっている。撮像された画像は、画素毎には1つの色しか得ることができず、色に関してモザイク状になった画像が生成される。しかし、周囲の画素から得られる色情報を利用して補間を行なうことにより、全画素で全ての色がそろった画像を生成することができる。このような補間処理は色分離処理と呼ばれる。
しかし、離散的に各色がサンプリングされているため撮影画像にナイキスト周波数を超える高周波成分が含まれている場合、エイリアシング(高周波成分の低周波領域への折り返し)が起き、本来と異なる色を推定してしまうという問題があった。
For example, in a photographing apparatus using a single-plate solid-state imaging device, only a single spectral sensitivity can be obtained even if photographing is performed as it is. For this reason, a method of performing color photographing by attaching different color filters to a large number of pixels and arranging them in a specific pattern is common. The captured image can obtain only one color for each pixel, and an image having a mosaic shape with respect to the color is generated. However, by performing interpolation using color information obtained from surrounding pixels, it is possible to generate an image in which all the colors are aligned in all the pixels. Such interpolation processing is called color separation processing.
However, since each color is sampled discretely, if the captured image contains high-frequency components that exceed the Nyquist frequency, aliasing (folding of the high-frequency components back into the low-frequency region) occurs, and a different color is estimated. There was a problem that.
以上の問題に対して、色フィルタ配列の規則性を減らし、偽色の発生を抑制しようとする発明がなされてきた。FillFactory社(2004年にCypress社に買収された)の提案するpseudo-random Bayer(擬似ランダム・ベイヤー)配列では、Gが市松状に配置され、残った画素位置にR,Bが擬似ランダムに配置される、3色G市松擬似ランダム配列が示されている。 In order to solve the above problems, inventions have been made to reduce the regularity of the color filter array and suppress the occurrence of false colors. In the pseudo-random Bayer array proposed by FillFactory (acquired by Cypress in 2004), G is arranged in a checkered pattern, and R and B are arranged pseudo-randomly in the remaining pixel positions. A three-color G checkered pseudorandom array is shown.
特開2000-316169号公報「吉田英明.“カラー撮像素子及びカラー撮像装置”」では、注目画素位置の4辺又は4角で6色の色フィルタと隣接するという条件の6色ランダム配列が示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-316169, “Hideaki Yoshida.“ Color Imaging Device and Color Imaging Device ”” shows a 6-color random array under the condition that it is adjacent to 6 color filters at 4 sides or 4 corners of the target pixel position. Has been.
EP公告公報、第0,804,037号,(A2)「Mutze, Ulrich, Dr. “Process and system for generating a full color image or multispectral image from the image data of a CCD image sensor with a mosaic color filter.”」では5色で3x3の繰り返しパターンを持つ配列と、擬似ランダムなパターンを持つ配列が示されている。 No. 0,804,037, (A2) “Mutze, Ulrich, Dr.“ Process and system for generating a full color image or multispectral image from the image data of a CCD image sensor with a mosaic color filter. ”” 5 An array with a 3x3 repeating pattern in color and an array with a pseudo-random pattern are shown.
FillFactory社のpseudo-random Bayer配列ではR,Bの配列が擬似ランダムとはいえ繰り返し周期が短いため、空間周波数領域における偽色の発生位置がBayerと多少異なるだけで、実質的には偽色低減の効果は見られず、後者2つは前者よりもランダム性を強めているので偽色低減の効果は期待できるが、全色を区別無くランダムに並べているため解像度の面ではGが市松に存在し、特許第2931520号公報に見られる相関処理が使えるBayer配列やpseudo-random Bayer配列に比べて不利になるという問題があった。
偽色を低減させるためには、配列の一部の色がランダムに配置されている必要があり、
解像度の再現性を上げるためには、配列の一部の色が規則的に配置されている必要がある。
また、注目画素に存在しない色を周りの画素から補間するためには、たとえ一部の色がランダムに配置されていても、全ての色が必ず近傍に存在していなければならない。
以上の条件を全て満たす配列を生成する方法はこれまで知られていなかった。
In FillFactory's pseudo-random Bayer array, although the R and B arrays are pseudo-random, the repetition period is short, so the false color generation position in the spatial frequency domain is slightly different from Bayer, which substantially reduces false color. The latter two are more random than the former, so the effect of reducing false colors can be expected. However, because all colors are arranged randomly without distinction, G exists in checkered. However, there is a problem that it is disadvantageous as compared with the Bayer array and the pseudo-random Bayer array that can use the correlation processing shown in Japanese Patent No. 2931520.
In order to reduce false colors, it is necessary that some colors in the array are randomly arranged,
In order to improve the reproducibility of resolution, it is necessary that some colors of the array are regularly arranged.
In addition, in order to interpolate colors that do not exist in the target pixel from surrounding pixels, all colors must be present in the vicinity even if some colors are randomly arranged.
A method for generating an array that satisfies all the above conditions has not been known so far.
従来、単板カラー撮像素子に使用される色フィルタ(フィルタ)をランダムに配置する発明がなされてきたが、偽色の低減効果が得られる配列であっても、代わりに解像度の低下を招くものであった。
本発明は偽色を低減させ、且つ高解像度のカラー撮像素子を提供することを目的とする。
Conventionally, inventions have been made in which color filters (filters) used in a single-plate color image pickup device are randomly arranged. However, even if the arrangement can obtain a false color reduction effect, the resolution is lowered instead. Met.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-resolution color image sensor that reduces false colors.
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するため、第1の発明のカラー撮像素子は、光電変換素子からなる画素を複数個配列した画素群を有するカラー撮像素子であって、ランダム配列パターンと規則配列パターンとを合成した色フィルタを備え、前記ランダム配列パターンは、任意の画素位置について、当該画素位置を含む規定された大きさの領域内における色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まるように、一部の色の画素をランダムに配列したものであり、前記規則配列パターンは、残りの色の画素を規則的に配置したものである。 In order to solve the above-described problems of the prior art and achieve the above-described object, the color image sensor of the first invention is a color image sensor having a pixel group in which a plurality of pixels each composed of a photoelectric conversion element are arranged. A color filter that combines a random array pattern and a regular array pattern, and the random array pattern has a desired frequency of color within an area of a prescribed size including the pixel position for an arbitrary pixel position. to fit in the error range, which are arranged some of the color of the pixel at random, the regular array pattern is obtained by arranged the remaining pixel colors regularly.
本発明で述べるランダムという言葉は、完全なランダムを意味するものではない。
完全にランダムな色配列を生成した場合、局所における色の存在頻度は必ずしも安定しない。
本発明では、注目画素位置を含む規定された大きさの領域内における色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まり、かつ十分に規則性が失われた色フィルタ配置になっている色フィルタ配列のことをランダム配列と呼び、規則的に色が配置されている色フィルタ配列のことを規則的配列と呼ぶ。
さらに、ランダム配列と規則的配列を合成して作られた配列を一部ランダム配列と呼ぶ。
また、規定された大きさの領域のことを局所領域と呼ぶ。
局所領域に関しては、簡単には単一の矩形領域を指定しても構わないし、矩形、非矩形を問わず複数の領域を指定しても構わない。
複数の領域を指定する場合には、それぞれの領域で異なる存在頻度の許容誤差範囲を定めてもよい。
The term random in the present invention does not mean complete randomness.
When a completely random color arrangement is generated, the frequency of local colors is not always stable.
In the present invention, the color filter arrangement is a color filter arrangement in which the frequency of color existence within a specified size region including the pixel position of interest falls within a desired error range and the regularity is sufficiently lost. This is called a random arrangement, and a color filter arrangement in which colors are regularly arranged is called a regular arrangement.
Furthermore, a sequence formed by synthesizing a random sequence and a regular sequence is called a partially random sequence.
A region having a specified size is called a local region.
As for the local area, a single rectangular area may be designated simply, or a plurality of areas may be designated regardless of rectangular or non-rectangular.
When a plurality of areas are designated, an allowable error range having a different existence frequency may be defined for each area.
本発明により得られた一部ランダム配列もまた、注目画素位置を含む局所領域における色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まる。
ただし、一部ランダム配列における局所領域と、ランダム配列における局所領域とは別物であり、それぞれの領域内において期待される色の存在頻度もまた別物である。
一部ランダム配列はランダム配列と規則的配列を規則的に合成したものである。
そのため、一部ランダム配列に関して局所領域と期待される色の存在頻度を規定すると、合成手順を考慮することによって、逆にランダム配列に関する局所領域と期待される色の存在頻度を規定することができる。
つまり、一部ランダム配列に対して色分離処理を行うのに十分な局所領域の大きさと色の存在頻度を規定することで、ランダム配列に要求される条件を定めることができる。
一部ランダム配列が持つ特徴として、配列の一部の色がランダムに配置されることで、偽色の低減効果が得られる点と、配列の一部の色が規則的に配置されることで、解像度の再現性向上が望める点が挙げられる。
Also in the partially random arrangement obtained by the present invention, the color presence frequency in the local region including the target pixel position falls within the desired error range.
However, the local region in the partially random array and the local region in the random array are different, and the color existence frequency expected in each region is also different.
The partially random sequence is a regular combination of a random sequence and a regular sequence.
For this reason, when the frequency of the expected local color and the local region is specified for a part of the random array, the local region and the expected frequency of the color for the random array can be specified by considering the synthesis procedure. .
That is, the conditions required for the random array can be determined by defining the size of the local area and the color existence frequency sufficient to perform the color separation process on the partially random array.
A feature of some random arrays is that some of the colors in the array are randomly arranged, so that the effect of reducing false colors can be obtained, and some colors in the array are regularly arranged. The improvement of the reproducibility of resolution can be expected.
また、本発明は、好ましくは、ランダムに色フィルタが配置された色フィルタ配列の生成方法が、任意の注目画素位置について、注目画素位置を含む規定された大きさの領域内における色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まるように規則的に色が並べられた色フィルタ配列に対し、ランダムに注目画素位置を選び、注目画素位置の色C1を別の色C2に置き換え、注目画素位置を含む規定された大きさの領域内に存在する色の存在頻度を調べ、存在頻度が所望の誤差範囲に収まらない場合には、注目画素位置の色をC1に戻す処理を繰り返し行うことを特徴とする。
このようなランダム色フィルタ配列の生成方法を用いることにより、注目画素位置を含む規定された大きさの領域内における色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まるようにランダムに色フィルタが配置されたランダム色フィルタ配列を生成することができる。
In the present invention, it is preferable that the generation method of a color filter array in which color filters are randomly arranged has a color presence frequency in an area of a specified size including the target pixel position for an arbitrary target pixel position. The target pixel position is randomly selected for the color filter array in which the colors are regularly arranged so as to fall within the desired error range, the color C1 at the target pixel position is replaced with another color C2, and the target pixel position is included. The frequency of existence of the color existing in the area of the specified size is checked, and if the existence frequency does not fall within the desired error range, the process of returning the color at the target pixel position to C1 is repeatedly performed. .
By using such a random color filter array generation method, color filters are randomly arranged so that the frequency of color presence within a specified size region including the target pixel position falls within a desired error range. A random color filter array can be generated.
また、本発明は、好ましくは、ランダムに色フィルタが配置された色フィルタ配列の生成方法が、連続値、もしくは十分に大きな量子化ビット数で表された離散値を画素値として持つホワイトノイズ画像に対し、十分に低周波成分を抑制できるハイパスフィルタを適用して得られた画像の画素値を量子化し、一つの画素値に一つの色を対応させることを特徴とする。
このようなランダム色フィルタ配列の生成方法を用いることにより、注目画素位置を含む規定された大きさの領域内における色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まるようにランダムに色フィルタが配置されたランダム色フィルタ配列を生成することができる。
In the present invention, it is preferable that the color filter array generation method in which color filters are randomly arranged has a white noise image having a continuous value or a discrete value represented by a sufficiently large number of quantization bits as a pixel value. On the other hand, the pixel value of the image obtained by applying the high-pass filter that can sufficiently suppress the low frequency component is quantized, and one color corresponds to one pixel value.
By using such a random color filter array generation method, color filters are randomly arranged so that the frequency of color presence within a specified size region including the target pixel position falls within a desired error range. A random color filter array can be generated.
本発明によれば、偽色を低減させ、且つ高解像度のカラー撮像素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a color image sensor with reduced false colors and high resolution.
以下、本発明の実施形態に係わるカラー撮像素子について説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係わる画像処理装置1の全体構成図である。
図1に示すように、画像処理装置1は、例えば、RR´ランダム配列生成部201、BB´ランダム配列生成部202、GG´規則的配列生成部203および配列合成部204を有する。
画像処理装置1は、図2に示すような色フィルタパターンS10を生成する。
色フィルタパターンS10は、Gが水平及び垂直に1ラインおきに配置され、G´が水平及び垂直に1ラインおき、且つGとは異なるラインに配置されている。
また、R,R´がG,G´の存在しない画素位置で水平及び垂直に1ラインおきの画素位置にランダムに配置されている。
また、B,B´がR,R´,G,G´の存在しない画素位置でランダムに配置されている。
なお、上記R,R´B,B´G,G´はそれぞれ異なる色の画素(光電変換素子)、あるいはフィルタパターン上での位置を示す。
また、R´は、B,B´,G,G´に比べてRに近い色に対応付けられている。
B´は、R,R´,G,G´に比べてBに近い色に対応付けられている。
G´は、R,R´B,B´に比べてGに近い色に対応付けられている。
なお、本実施形態において、R,R´は赤色を示し、B,B´は青色を示し、G,G´は緑色を示す。
Hereinafter, a color imaging device according to an embodiment of the present invention will be described.
<First Embodiment>
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an
As illustrated in FIG. 1, the
The
In the color filter pattern S10, G is arranged every other line horizontally and vertically, G ′ is arranged every other line horizontally and vertically, and arranged on a line different from G.
Further, R and R ′ are randomly arranged at pixel positions every other line horizontally and vertically at pixel positions where G and G ′ do not exist.
B and B ′ are randomly arranged at pixel positions where R, R ′, G, and G ′ do not exist.
Note that R, R′B, B′G, and G ′ indicate positions on pixels (photoelectric conversion elements) or filter patterns of different colors, respectively.
R ′ is associated with a color closer to R than B, B ′, G, and G ′.
B ′ is associated with a color closer to B than R, R ′, G, and G ′.
G ′ is associated with a color closer to G than R, R′B, and B ′.
In this embodiment, R and R ′ indicate red, B and B ′ indicate blue, and G and G ′ indicate green.
図1に示す画像処理装置1では、RR´ランダム配列生成部201が、図3に示すように配列内にR,R´が含まれるRR´ランダム配列パターンS21を生成する。
BB´ランダム配列生成部202は、図4に示すように、配列内にB,B´が含まれるBB´ランダム配列パターンS22を生成する。
GG´規則的配列生成部203は、図5に示すように、配列内にG,G´のみが含まれるGG´規則配列パターンS23を生成する。
In the
As shown in FIG. 4, the BB ′ random
The GG ′ regular
配列合成部204は、RR´ランダム配列パターンS21が示す各画素の間に一画素分の間隔が開くように並べ替え、BB´ランダム配列パターンS22の各画素の間に一画素分の間隔が開くように並べ替え、GG´規則配列パターンS23の規則的配列を市松の配列に並べ替えて、これらを合成することで一部ランダム配列パターンである色フィルタパターンS10を生成する。
The
以下、図1に示す画像処理装置1の各構成要素の詳細について説明する。
[RR´ランダム配列生成部201]
RR´ランダム配列生成部201は、先ず、図6に示すRとR´が規則的に配列されたn×n画素の規則配列パターンS30を生成する。
図7は、RR´ランダム配列生成部201が規則配列パターンS30を生成する手順を説明するための図である。
RR´ランダム配列生成部201は、ステップST301において処理を実行する画素位置を示す変数iを1に初期化し、ステップST302において処理を実行する画素位置を示す変数jを1に初期化する。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST303においてi+jを2で除算した剰余が0であるかどうかを判定し、剰余が0であればステップST304において画素位置(i,j)の色をRとし、剰余が0でなければステップST305において画素位置(i,j)の色をR´とする。
図7中で用いられているColRR´(i,j)は画素位置(i,j)の色を表す。
以下、ColZ(x,y)は画素位置(x,y)の色を表すものとし、添え字Zの部分は配列を区別するために適宜、適当な文字列を付けることとする。
ColRR´(x,y)はRとR´からなる配列の色を示し、ColBB´(x,y)はBとB´からなる配列の色を示す。また、ColGG´(x,y)はGとG´からなる配列の色を示し、ColComp(x,y)は前記3つの配列を合成して得られる配列の色を示す。
The details of each component of the
[RR ′ random sequence generator 201]
The RR ′ random
FIG. 7 is a diagram for explaining a procedure in which the RR ′ random
In step ST301, the RR ′ random
Next, the RR ′ random
ColRR ′ (i, j) used in FIG. 7 represents the color of the pixel position (i, j).
Hereinafter, ColZ (x, y) represents the color of the pixel position (x, y), and an appropriate character string is appropriately attached to the portion of the subscript Z to distinguish the arrangement.
ColRR ′ (x, y) indicates the color of the array composed of R and R ′, and ColBB ′ (x, y) indicates the color of the array composed of B and B ′. ColGG ′ (x, y) indicates the color of the array composed of G and G ′, and ColComp (x, y) indicates the color of the array obtained by synthesizing the three sequences.
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST306においてj=nであるかどうかを判定し、j=nでなければステップST308においてjをj+1に更新し、ステップST303の処理に戻り、j=nであればステップST307に進む。
Next, the RR ′ random
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST307においてi=nであるかどうかを判定し、i=nでなければステップST309においてiをi+1に更新し、ステップST302の処理に戻り、i=nであればステップST310に進み、R,R´が規則的に配列されたn×n画素の規則配列パターンS30を生成する。
Next, the RR ′ random
図8は、RR´ランダム配列生成部201が図7に示す手順で生成した規則配列パターンS30を基に、RR´ランダム配列パターンS21を生成する手順を説明するためのフローチャートである。
RR´ランダム配列生成部201は、ステップST401において図7の手順で生成した規則配列パターンS30を取得する。
RR´ランダム配列生成部201は、ステップST402においてループ回数を示す変数kを1に初期化する。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST403において処理を実行する画素位置を示す変数xをn未満の正の整数値の乱数とし、ステップST404において処理を実行する画素位置を示す変数yをn未満の正の整数値の乱数とする。
このとき、乱数の生成方法は各種存在するが、生成された乱数の分布に偏りがないことが望ましく、例えば、M. Matsumoto and T. Nishimura, “Mersenne Twister: A 623-dimensionally equidistributed uniform pseudorandom number generator”, ACM Trans. on Modeling and Computer Simulation Vol. 8, No. 1, January pp.3-30に示されるMersenne Twister法による乱数を用いるとよい。
FIG. 8 is a flowchart for explaining a procedure for generating the RR ′ random array pattern S21 based on the regular array pattern S30 generated by the RR ′
The RR ′ random
The RR ′ random
Next, the RR ′ random
At this time, there are various random number generation methods, but it is desirable that the distribution of the generated random numbers is not biased. For example, M. Matsumoto and T. Nishimura, “Mersenne Twister: A 623-dimensionally equidistributed uniform pseudorandom number generator ”, ACM Trans. On Modeling and Computer Simulation Vol. 8, No. 1, January pp.3-30, random numbers by Mersenne Twister method may be used.
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST405においてColRR´(x,y)を一時的に変数Cに記憶する。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST406においてColRR´(x,y)をランダムでRかR´にする。ランダムでRかR´を選ぶには、例えば十分に大きな正の整数値の乱数に対して2で除算した剰余が0である時にRを選び、剰余が1である時にR´を選ぶようにすればよい。
Next, the RR ′ random
Next, the RR ′ random
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST407において注目画素位置(x,y)を含む局所領域内に存在するR,R´の存在頻度が所望の誤差範囲に収まっているかどうかを調べる。
そして、RR´ランダム配列生成部201は、誤差範囲内に収まっていなければステップST410に進み、ColRR´(x,y)を元の色であるCにし、ステップST411においてkをk+1に更新してステップST403に戻る。一方、RR´ランダム配列生成部201は、誤差範囲内に収まっていればステップST408に進む。
Next, in step ST407, the RR ′ random
If it is not within the error range, the RR ′ random
RR´ランダム配列生成部201は、ステップST408において、kが最大ループ回数を示す定数MAXLOOP以下であればステップST411においてkをk+1に更新してステップST403に戻る。kが最大ループ回数を示す定数MAXLOOPより大きければ、ステップST409に進み、n×n画素のRR´のRR´ランダム配列パターンS21を出力して処理を終了する。
In step ST408, the RR ′ random
図9は、以下、RR´ランダム配列生成部201による図8のステップST407を詳細に表したフローチャートである。
本実施例では存在頻度を調べる際の局所領域を、注目画素位置(x,y)を含むm×m画素の単一の矩形領域とし、この矩形領域内に存在するRとR´の存在頻度が、定数const1より大きく、かつ定数const2より小さいかどうかを調べる。
FIG. 9 is a flowchart showing in detail step ST407 of FIG. 8 by the RR ′ random
In the present embodiment, the local area for checking the existence frequency is a single rectangular area of m × m pixels including the target pixel position (x, y), and the existence frequency of R and R ′ existing in this rectangular area Is greater than the constant const1 and smaller than the constant const2.
RR´ランダム配列生成部201は、ステップST501において局所領域の位置を示す変数iをi=-m+1に初期化し、ステップST502において局所領域の位置を示す変数jをj=-m+1に初期化する。
また、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST503において局所領域内に含まれているRの個数を示す変数aを0に初期化し、ステップST504において局所領域内に含まれているR´の個数を示す変数bを0に初期化する。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST505において局所領域内で処理を実行する画素位置を示す変数sを0に初期化し、ステップST506において局所領域内で処理を実行する画素位置を示す変数tを0に初期化する。
In step ST501, the RR ′ random
Further, the RR ′ random
Next, the RR ′ random
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST507においてColRR´(x+i+s,y+j+t)がRであるかどうかを調べる。ここで用いられる変数x,yは図8で用いられているものである。
RR´ランダム配列生成部201は、ColRR´(x+i+s,y+j+t)がRであれば、ステップST508においてaをa+1に更新し、ステップST510に進む。
一方、RR´ランダム配列生成部201は、ColRR´(x+i+s,y+j+t)がRでなければ、ステップST509においてbをb+1に更新し、ステップST510に進む。
Next, in step ST507, the RR ′ random
If ColRR ′ (x + i + s, y + j + t) is R, RR ′ random
On the other hand, if ColRR ′ (x + i + s, y + j + t) is not R, RR ′ random
RR´ランダム配列生成部201は、ステップST510においてt=m-1であるかどうかを判定し、t=m-1でなければステップST512においてtをt+1に更新し、ステップST507の処理に戻り、t=m-1であればステップST511に進む。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST511においてs=m-1であるかどうかを判定し、s=m-1でなければステップST513においてsをs+1に更新し、ステップST506の処理に戻り、s=m-1であればステップST514に進む。
The RR ′ random
Next, RR ′ random
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST514においてconst1<a/(a+b)<const2かつconst1<b/(a+b)<const2であるかを調べ、上記条件を満たしていない場合は、注目画素位置(x,y)を含む局所領域でのRとR´の存在頻度が所望の誤差範囲内に収まっていないと判定する。
RR´ランダム配列生成部201は、上記条件を満たしている場合は、ステップST515に進む。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST515においてj=0であるかどうかを判定し、j=0でなければステップST517においてjをj+1に更新し、ステップST503の処理に戻り、j=0であればステップST516に進む。
Next, in step ST514, the RR ′ random
If the above condition is satisfied, the RR ′ random
Next, the RR ′ random
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST516においてi=0であるかどうかを判定し、i=0でなければステップST518においてiをi+1に更新し、ステップST502の処理に戻り、i=0であれば注目画素位置(x,y)を含む局所領域でのRとR´の存在頻度が所望の誤差範囲内に収まっていると判定する。
Next, RR ′ random
[BB´ランダム配列生成部202]
BB´ランダム配列生成部202の処理は、RR´ランダム配列生成部201によるR,R´に対しての処理と同じ処理(図7、図8および図9の処理)を、BとB´に対して行う。
[BB ′ random sequence generation unit 202]
The processing of the BB ′ random
[GG´規則的配列生成部203]
GG´規則的配列生成部203は、GとG´が規則的に配列されたn×2n画素の配列を示す、一部ランダム配列パターンである色フィルタパターンS10を生成する。
図10は、GG´規則的配列生成部203の処理を説明するためのフローチャートである。
GG´規則的配列生成部203は、ステップST601において処理を実行する画素位置を示す変数iを1に初期化し、ステップST602において処理を実行する画素位置を示す変数jを1に初期化する。
次に、GG´規則的配列生成部203は、ステップST603においてiを2で除算した剰余が0であるかどうかを判定し、剰余が0であればステップST604においてColGG´(i,j)をGとし、剰余が0でなければステップST605においてColGG´(i,j)をG´とする。
[GG ′ regular array generator 203]
The GG ′ regular
FIG. 10 is a flowchart for explaining the processing of the GG ′ regular
In step ST601, the GG ′ regular
Next, the GG ′ regular
次に、GG´規則的配列生成部203は、ステップST606においてj=nであるかどうかを判定し、j=nでなければステップST608においてjをj+1に更新し、ステップST603の処理に戻り、j=nであればステップST607に進む。
次に、GG´規則的配列生成部203は、ステップST607においてi=2nであるかどうかを判定し、i=2nでなければステップST609においてiをi+1に更新し、ステップST602の処理に戻り、i=2nであればステップST610に進み、n×2n画素のGG´規則的配列であるGG´規則配列パターンS23を出力して処理を終了する。
Next, GG ′ regular
Next, GG ′ regular
[配列合成部204]
配列合成部204は、RR´ランダム配列生成部201からのRR´ランダム配列パターンS21と、BB´ランダム配列生成部202からのBB´ランダム配列パターンS22と、GG´規則的配列生成部203からのGG´規則配列パターンS23とを基に、R、R´、B、B´、G、G´の6色からなる2n×2n画素の一部ランダム配列の図2に示す色フィルタパターンS10を生成する。
[Sequence synthesizing unit 204]
The
図11は、配列合成部204の処理を説明するためのフローチャートである。
配列合成部204は、ステップST701においてRR´ランダム配列生成部201で生成されたn×n画素のRR´ランダム配列を取得し、ステップST702においてBB´ランダム配列生成部202で生成されたn×n画素のBB´ランダム配列を取得する。
また、配列合成部204は、ステップST703においてGG´規則的配列生成部203で生成されたn×2n画素のGG´規則的配列を取得する。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the processing of the
The
In addition, the
次に、配列合成部204は、ステップST704において処理を実行する画素位置を示す変数iを1に初期化し、ステップST705において処理を実行する画素位置を示す変数jを1に初期化する。
次に、配列合成部204は、ステップST706においてi+jを2で除算した剰余が0であるかどうかを判定し、剰余が0であればステップST707に進み、剰余が0でなければステップST708に進む。
配列合成部204は、ステップST707ではjを2で除算した剰余が0であるかどうかを判定し、剰余が0であればステップST709においてColComp(i,j)をColBB´(i/2,j/2)とし、ステップST713に進み、剰余が0でなければステップST710においてColComp(i,j)をColRR´((i+1)/2,(j+1)/2)とし、ステップST713に進む。
配列合成部204は、ステップST708ではjを2で除算した剰余が0であるかどうかを判定し、剰余が0であればステップST711においてColComp(i,j)をColGG´(i,j/2)とし、ステップST713に進み、剰余が0でなければステップST712においてColComp(i,j)をColGG´(i,(j+1)/2)とし、ステップST713に進む。
Next,
Next,
In step ST707,
In step ST708, the
次に、配列合成部204は、ステップST713においてj=2nであるかどうかを判定し、
j=2nでなければステップST716においてjをj+1に更新し、ステップST706の処理に戻り、j=2nであればステップST714に進む。
次に、配列合成部204は、ステップST714においてi=2nであるかどうかを判定し、i=2nでなければステップST717においてiをi+1に更新し、ステップST705の処理に戻り、i=2nであればステップST715に進み、2n×2n画素の一部ランダム配列の色フィルタパターンS10を出力して処理を終了する。
Next,
If j = 2n, j is updated to j + 1 in step ST716, and the process returns to step ST706. If j = 2n, the process proceeds to step ST714.
Next,
以上説明したように、画像処理装置1によれば、一部の色がランダムに配列された単板カラー撮像素子に使用される色フィルタ配列を持つ色フィルタパターンS10を生成できる。
色フィルタパターンS10を撮像素子の配列として用いた撮像装置では、配列の一部の色がランダムに配置されているので、偽色が低減され、配列の一部の色が規則的に配置されているので、解像度の再現性を上げることができる。さらに、画像処理装置1では、ランダムに配置されていると同時に、任意の注目画素位置について、注目画素位置を含む規定された大きさの領域内における色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まるような配列が決められるため、注目画素近傍に必ず全ての色が存在し、色分離処理を行うことで色フィルタパターンS10を生成できる。
As described above, according to the
In the image pickup apparatus using the color filter pattern S10 as the array of the image pickup elements, since some colors of the array are randomly arranged, false colors are reduced, and some colors of the array are regularly arranged. Therefore, the reproducibility of resolution can be improved. Further, in the
<第2実施形態>
本実施形態では、図1に示すRR´ランダム配列生成部201およびBB´ランダム配列生成部202において、ホワイトノイズ画像からランダム配列を生成する場合を説明するする。
この場合、ホワイトノイズ画像生成部によって生成されたホワイトノイズ画像に対し、ブルーノイズ画像生成部によってハイパスフィルタを適用し、ブルーノイズ画像を生成する。
RR´ランダム配列生成部201は、ブルーノイズ画像に誤差拡散法による2値化を行い、2つの値にRとR´を対応させて、RR´ランダム配列パターンS21を生成する。
Second Embodiment
In the present embodiment, a case will be described in which a random array is generated from a white noise image in the RR ′ random
In this case, a blue noise image is generated by applying a high-pass filter to the white noise image generated by the white noise image generation unit by the blue noise image generation unit.
The RR ′ random
先ず、ホワイトノイズ画像生成部について説明する。
ホワイトノイズ画像生成部は、区間[0,1]の実数値を画素値として持つ、n×n画素のホワイトノイズ画像を生成する。
図12は、本実施形態におけるホワイトノイズ画像生成方法を説明するための図である。
ホワイトノイズ画像生成部は、ステップST801において処理を実行する画素位置を示す変数iを1に初期化し、ステップST802において処理を実行する画素位置を示す変数jを1に初期化する。
次に、ホワイトノイズ画像生成部は、ステップST803において画素位置(i,j)の画素値を区間[0,1]の実数値の乱数とする。
図12中で用いられているPRR´(i,j)は、ホワイトノイズ画像の画素位置(i,j)での画素値を表す。
First, the white noise image generation unit will be described.
The white noise image generation unit generates an n × n pixel white noise image having a real value in the interval [0, 1] as a pixel value.
FIG. 12 is a diagram for explaining a white noise image generation method according to the present embodiment.
In step ST801, the white noise image generation unit initializes a variable i indicating a pixel position where the process is executed to 1, and initializes a variable j indicating a pixel position where the process is executed to 1 in step ST802.
Next, in step ST803, the white noise image generation unit sets the pixel value at the pixel position (i, j) as a real-valued random number in the interval [0, 1].
PRR ′ (i, j) used in FIG. 12 represents a pixel value at the pixel position (i, j) of the white noise image.
次に、ホワイトノイズ画像生成部は、ステップST804においてj=nであるかどうかを判定し、j=nでなければステップST806においてjをj+1に更新し、ステップST803の処理に戻り、j=nであればステップST805に進む。
次に、ホワイトノイズ画像生成部は、ステップST805においてi=nであるかどうかを判定し、i=nでなければステップST807においてiをi+1に更新し、ステップST802の処理に戻り、i=nであればステップST808に進み、n×n画素のホワイトノイズ画像を出力して処理を終了する。
Next, the white noise image generation unit determines whether j = n in step ST804. If j = n, j is updated to j + 1 in step ST806, and the process returns to step ST803, j If = n, the process proceeds to step ST805.
Next, the white noise image generation unit determines whether i = n in step ST805. If i = n, i is updated to i + 1 in step ST807, and the process returns to step ST802. If = n, the process proceeds to step ST808, and a white noise image of n × n pixels is output and the process is terminated.
次に、ブルーノイズ画像生成部について説明する。
ブルーノイズ画像生成部は、ホワイトノイズ画像に対してハイパスフィルタを適用し、
区間[0,1]の実数値を画素値として持つ、n×n画素のブルーノイズ画像を生成する手段である。
本実施例では2m+1×2m+1画素の大きさを持つコンボリューションフィルタを用いてハイパスフィルタを実現している。
Next, the blue noise image generation unit will be described.
The blue noise image generator applies a high-pass filter to the white noise image,
It is a means for generating an n × n pixel blue noise image having a real value in the interval [0, 1] as a pixel value.
In the present embodiment, a high-pass filter is realized using a convolution filter having a size of 2m + 1 × 2m + 1 pixels.
図13に、m=2の時のコンボリューションフィルタの係数の例を示す。
別の実施例として、フーリエ変換を用いて、周波数空間上でハイパスフィルタを適用する構成にしても構わない。
FIG. 13 shows an example of convolution filter coefficients when m = 2.
As another embodiment, a configuration may be adopted in which a high-pass filter is applied on a frequency space using Fourier transform.
図14は、ブルーノイズ画像生成部の処理を説明するためのフローチャートである。
ブルーノイズ画像生成部は、ステップST901においてホワイトノイズ画像生成部で生成されたn×n画素のホワイトノイズ画像を取得する。
次に、ブルーノイズ画像生成部は、ステップST902において処理を実行する画素位置を示す変数iを1に初期化し、ステップST903において処理を実行する画素位置を示す変数jを1に初期化する。
次に、ブルーノイズ画像生成部は、ステップST904において画素位置(i,j)の画素値を0に初期化する。
FIG. 14 is a flowchart for explaining the processing of the blue noise image generation unit.
The blue noise image generation unit acquires an n × n pixel white noise image generated by the white noise image generation unit in step ST901.
Next, in step ST902, the blue noise image generation unit initializes a variable i indicating a pixel position where the process is executed to 1, and initializes a variable j indicating a pixel position where the process is executed to 1 in step ST903.
Next, the blue noise image generation unit initializes the pixel value at the pixel position (i, j) to 0 in step ST904.
図14中で用いられているP´RR´(i,j)はブルーノイズ画像の画素位置(i,j)での画素値を表す。
次に、ブルーノイズ画像生成部は、ステップST905においてコンボリューションフィルタ内での画素位置を示す変数sを-mに初期化し、ステップST906においてコンボリューションフィルタ内での画素位置を示す変数tを-mに初期化する。
次に、ブルーノイズ画像生成部は、ステップST907においてPRR´(i+s,j+t)にコンボリューションフィルタの係数w(s+m,t+m)を乗算して、P´RR´(i,j)を加算したものを新たなP´RR´(i,j)とする。
次に、ブルーノイズ画像生成部は、ステップST908においてt=mであるかどうかを判定し、t=mでなければステップST913においてtをt+1に更新し、ステップST907の処理に戻り、t=mであればステップST909に進む。
P′RR ′ (i, j) used in FIG. 14 represents the pixel value at the pixel position (i, j) of the blue noise image.
Next, the blue noise image generation unit initializes a variable s indicating a pixel position in the convolution filter to −m in step ST905, and sets a variable t indicating a pixel position in the convolution filter to −m in step ST906. Initialize to.
Next, in step ST907, the blue noise image generation unit multiplies PRR ′ (i + s, j + t) by a convolution filter coefficient w (s + m, t + m) to obtain P′RR ′ ( The sum of i, j) is defined as a new P′RR ′ (i, j).
Next, the blue noise image generation unit determines whether t = m in step ST908. If t = m, t is updated to t + 1 in step ST913, and the process returns to step ST907, and t If = m, the process proceeds to step ST909.
次に、ブルーノイズ画像生成部は、ステップST909においてs=mであるかどうかを判定し、s=mでなければステップST914においてsをs+1に更新し、ステップST906の処理に戻り、s=mであればステップST910に進む。
次に、ブルーノイズ画像生成部は、ステップST910においてj=nであるかどうかを判定し、j=nでなければステップST915においてjをj+1に更新し、ステップST905の処理に戻り、j=nであればステップST911に進む。
次に、ブルーノイズ画像生成部は、ステップST911においてi=nであるかどうかを判定し、i=nでなければステップST916においてiをi+1に更新し、ステップST903の処理に戻り、i=nであればステップST912に進み、n×n画素のブルーノイズ画像を出力して処理を終了する。
Next, the blue noise image generation unit determines whether s = m in step ST909, and if s = m, updates s to s + 1 in step ST914, returns to the process in step ST906, and returns s If = m, the process proceeds to step ST910.
Next, the blue noise image generation unit determines whether j = n in step ST910. If j = n, j is updated to j + 1 in step ST915, and the process returns to step ST905. If = n, the process proceeds to step ST911.
Next, the blue noise image generation unit determines whether i = n in step ST911. If i = n is not satisfied, i is updated to i + 1 in step ST916, and the process returns to step ST903. If = n, the process proceeds to step ST912, a blue noise image of n × n pixels is output, and the process ends.
以下、本実施形態におけるRR´ランダム配列生成部201の処理を説明する。
RR´ランダム配列生成部201は、ブルーノイズ画像生成部が生成したブルーノイズ画像に対して誤差拡散法による2値化を適用し、2つの値にRとR´を対応させて、RR´ランダム配列パターンS21を生成する。
本実施例ではFloyd-Steinberg型の誤差拡散法を用いているが、他の誤差拡散法を用いても良い。
また、本実施例で誤差拡散法を用いているのは、量子化を行う際に低域信号成分を良く保存するからであり、他の量子化方法で同様の効果が得られるなら、それを用いても良い。
Hereinafter, the processing of the RR ′ random
The RR ′ random
In this embodiment, the Floyd-Steinberg type error diffusion method is used, but other error diffusion methods may be used.
In addition, the reason why the error diffusion method is used in this embodiment is that the low-frequency signal component is well preserved when quantization is performed, and if the same effect can be obtained by other quantization methods, the error diffusion method is used. It may be used.
図15は、本実施形態のRR´ランダム配列生成部201の動作例を説明するためのフローチャートである。
本実施形態におけるRR´ランダム配列生成部201は、ステップST1001においてブルーノイズ画像生成部で生成されたn×n画素のブルーノイズ画像を取得する。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST1002において処理を実行する画素位置を示す変数iを1に初期化し、ステップST1003において処理を実行する画素位置を示す変数jを1に初期化する。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST1004においてP´RR´(i,j)>0.5であるかどうかを判定し、P´RR´(i,j)>0.5であればステップST1005においてeを1-P´RR´(i,j)とし、ステップST1006においてColRR´(i,j)をRにして、ステップST1009に進む。
RR´ランダム配列生成部201は、P´RR´(i,j)>0.5でなければステップST1007においてeをP´RR´(i,j)とし、ステップST1008においてColRR´(i,j)をR´にして、ステップST1009に進む。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST1009においてP´RR´(i+1,j)をP´RR´(i+1,j)+e×7/16に更新し、ステップST1010においてP´RR´(i-1,j+1)をP´RR´(i-1,j+1)+e×3/16に更新し、ステップST1011においてP´RR´(i,j+1)をP´RR´(i,j+1)+e×5/16に更新し、ステップST1012においてP´RR´(i+1,j+1)をP´RR´(i+1,j+1)+e×1/16に更新し、ステップST1013に進む。
FIG. 15 is a flowchart for explaining an operation example of the RR ′ random
The RR ′ random
Next, in step ST1002, the RR ′ random
Next, the RR ′ random
If P′RR ′ (i, j)> 0.5, RR ′ random
Next, the RR ′ random
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST1013においてj=nであるかどうかを判定し、j=nでなければステップST1016においてjをj+1に更新し、ステップST1004の処理に戻り、j=nであればステップST1014に進む。
次に、RR´ランダム配列生成部201は、ステップST1014においてi=nであるかどうかを判定し、i=nでなければステップST1017においてiをi+1に更新し、ステップST1003の処理に戻り、i=nであればステップST1015に進み、n×n画素のRR´ランダム配列を出力して処理を終了する。
Next, the RR ′ random
Next, the RR ′ random
<第3実施形態>
本実施形態では、図16に示す色フィルタパターンS310を、図17に示す画像処理装置300を用いて生成する。
図17に示すように、画像処理装置300は、例えば、ランダム配列生成部301、規則的配列生成部303および配列合成部304を有する。
図17に示す画像処理装置300では、ランダム配列生成部301が、図18に示すように配列内にR, B,が含まれるRBランダム配列パターンS301を生成する。
規則的配列生成部303は、図19に示すように、配列内にGのみが含まれるG規則配列パターンS302を生成する。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, the color filter pattern S310 shown in FIG. 16 is generated using the
As illustrated in FIG. 17, the
In the
As shown in FIG. 19, the regular
配列合成部304は、ランダム配列生成部301が生成したRBランダム配列パターンS301を市松の配列に並べ替え、規則的配列生成部303が生成したG規則配列パターンS302を市松の配列に並べ替えて、両者を合成することで一部ランダム配列である図16に示す色フィルタパターンS310を生成する。
本実施形態では、ランダム配列生成部301と規則的配列生成部303とを一つずつ用いる場合を例示したが、これらは複数でもよい。
The
In the present embodiment, the case where one random
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、並びに代替を行っても本発明は適用される。
The present invention is not limited to the embodiment described above.
That is, the present invention can be applied even if various changes and substitutions are made with respect to the components of the above-described embodiment within the technical scope of the present invention or an equivalent range thereof.
1…画像処理装置、201…RR´ランダム配列生成部、202…BB´ランダム配列生成部、203…GG´規則的配列生成部、204…配列合成部、300…画像処理装置、301…ランダム配列生成部、303…規則的配列生成部、304…配列合成部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ランダム配列パターンと規則配列パターンとを合成した色フィルタを備え、
前記ランダム配列パターンは、任意の画素位置について、当該画素位置を含む規定された大きさの領域内における色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まるように、一部の色の画素をランダムに配列したものであり、
前記規則配列パターンは、残りの色の画素を規則的に配置したものである
カラー撮像素子。 A color imaging element having a pixel group in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion element are arranged,
It has a color filter that combines a random array pattern and a regular array pattern,
In the random arrangement pattern, pixels of some colors are randomly arranged for any pixel position so that the frequency of color existence within a specified size area including the pixel position falls within a desired error range. are those that were,
The said regular arrangement pattern is a color image sensor which arrange | positions the pixel of the remaining color regularly.
規則的に並べられた色フィルタパターンに対し、ランダムに選択された注目画素位置に割り当てる色は他の色に置き換えられ、
前記注目画素位置を含む規定された大きさの領域内に割り当てられた色の存在頻度が所望の誤差範囲に収まらない場合には、前記注目画素位置に割り当てる色の置き換えを行わない
請求項1に記載のカラー撮像素子。 In the random sequence pattern,
To color filter patterns ordered regularly, colors to be assigned to the target pixel position location which is randomly selected is replaced with other colors,
The color assigned to the target pixel position is not replaced when the existence frequency of the color allocated in a region having a prescribed size including the target pixel position does not fall within a desired error range. color imaging device according.
連続値、もしくは所定の量子化ビット数で表された離散値を画素値として持つホワイトノイズ画像に対し、ハイパスフィルタ処理を施して得た画像の画素値を量子化して、一つの画素値に一つの色を対応させる
請求項1に記載のカラー撮像素子。 In the random sequence pattern ,
A pixel value of an image obtained by performing high-pass filter processing on a white noise image having a continuous value or a discrete value represented by a predetermined number of quantization bits as a pixel value is quantized to one pixel value. One of the color image sensor according to claim 1, the color Ru correspond.
前記ランダム配列パターンは、前記第1の赤色と前記第2の赤色とをランダムに配列した第1のランダム配列パターンと、前記第1の青色と前記第2の青色とをランダムに配列した第2のランダム配列パターンとを有し、
前記規則配列パターンにおいて、前記第1の緑色と前記第2の緑色とが規則的に配列され、
前記色フィルタにおいて、前記第1のランダム配列パターンと、前記第2のランダム配列パターンと、前記規則配列パターンとが合成されている
請求項1に記載のカラー撮像素子。 Of the six colors including the first red, the first blue, and the first green, the second red closest to the first red, the second blue closest to the first blue, and the When the second green closest to the first green is defined,
The random array pattern is first random array pattern in which a said second red and the first red randomly second having an array of said first blue and second blue randomly And a random arrangement pattern of
In the regular arrangement pattern, the first green color and the second green color are regularly arranged ,
In the color filter, wherein a first random array pattern, the second random array pattern, color imaging device according to claim 1, said ordered array pattern is synthesized.
前記規則配列パターンは、緑色が規則的に配列され、
前記色フィルタは、前記ランダム配列パターンと、前記規則配列パターンとが合成されている
請求項1に記載のカラー撮像素子。 Wherein the random sequence pattern includes a red, blue are arranged randomly,
The ordered array pattern, green are regularly arranged,
Wherein the color filter includes: the random sequence pattern, color imaging device according to claim 1, said ordered array pattern is synthesized.
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