CN102652432B - 图像处理设备、图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理摄像元件的输出的图像处理设备，摄像元件具有在水平方向和垂直方向上配置的普通像素和在普通像素之间离散配置的功能像素，图像处理设备被配置为通过功能像素的输出的增益校正运算来估计功能像素的位置处的图像信号，基于从功能像素周围的普通像素所选择的参考像素的输出来估计功能像素的位置处的图像信号的输出，并且从使用参考像素所获得的一个或多个估计结果、基于利用增益校正的估计结果来选择功能像素的位置处的图像信号。

Description

图像处理设备、图像处理方法
技术领域
本发明涉及具有作为构成诸如数字照相机或摄像机等的摄像元件的像素的一部分的具有特定功能的功能像素的摄像设备，尤其涉及用于基于来自摄像元件的输出来执行图像处理的图像处理设备。
背景技术
作为具有作为构成摄像元件的像素的一部分的具有特定功能的功能像素的摄像元件的例子，公开了以下技术：将被摄体图像的相位差检测功能添加至摄像元件，以使得不需要专用的AF(自动调焦)传感器并且实现了高速相位差AF。
例如，在专利文献1的官方公报中，在作为摄像元件的一部分的光接收元件(像素)中，通过针对片上微透镜的光轴偏移光接收部的感光区域来实现光瞳分割功能。这些像素用作焦点检测像素，并以预定间隔被配置在摄像像素之间，由此进行相位差型焦点检测。由于配置焦点检测像素的部分与摄像像素的缺陷区域相对应，因而通过使用焦点检测像素周围的摄像像素信息进行插值来形成焦点检测像素的图像信息。
在专利文献2的官方公报中，用于形成焦点检测像素的位置处的图像信息的单元具有：用于根据焦点检测像素的图像信息利用增益校正生成图像数据的生成单元；用于根据焦点检测像素周围的摄像像素的信息利用插值生成图像信息的生成单元；以及用于检测被摄体图像的空间频率成分的频率成分检测单元，其中，根据所检测到的空间频率成分来切换这些生成单元。
然而，上述传统的技术具有以下问题。
如专利文献1所述，如果基于焦点检测像素周围的像素的图像信号来对焦点检测像素的图像信号进行插值，则对于根据这些周围像素所获得的图像数据，可能计算出与在其位置本来应当存在的摄像像素的输出显著偏离的值。
在接收到具有低空间频率的被摄体的光的情况下，焦点检测像素的位置处的图像相对于配置在焦点检测像素周围的仅用于摄像的像素的位置处的图像具有高连续性。因此，期望基于周围像素的图像信号对焦点检测像素的位置处的图像数据进行插值。在该情况下，由于被摄体图像的空间频率低，因而通过插值处理引起的清晰度的劣化不明显。
在接收到具有高空间频率的被摄体的光的情况下，由于焦点检测像素的位置处的图像对于配置在焦点检测像素周围的仅用于摄像的像素的位置处的图像具有低连续性，因而插值处理的结果根据插值参考像素的选择有很大不同。
在接收到图像的连续性在特定方向上低的被摄体的光的情况下，期望将相对于焦点检测像素的位置配置在图像的连续性高的方向上的仅用于摄像的像素选择为插值参考像素。对于图像的连续性在所有方向上低的图像，难以从周围像素的图像信号估计焦点检测像素的位置处的图像信号。
根据专利文献2所述的传统技术，在接收到具有高空间频率的被摄体的光的情况下，根据焦点检测像素的图像信息利用增益校正来形成焦点检测像素的位置处的图像信息。如果根据焦点检测像素的输出信号利用增益校正来形成图像信号，则可以形成相对不依赖于被摄体的图像信号。然而，如果将焦点检测像素的配置密度设置为高，则在配置焦点检测像素的区域中获得的图像有噪声感的可能性高。在根据焦点检测像素周围的仅用于摄像的像素进行插值的情况下，尽管图像可能不太有噪声 感，但为了获得好的图像，也需要正确地选择插值参考像素。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本特开2000-156823
专利文献2：日本特开2009-44636
发明内容
技术问题
本发明的方面提供一种可以减少在焦点检测像素的位置处生成图像数据所引起的图像质量劣化的图像处理设备。
用于解决问题的方案
根据本发明的方面，一种图像处理设备，包括：输入单元，用于输入摄像元件的输出，其中，所述摄像元件具有在水平方向和垂直方向上配置的普通像素和在所述普通像素之间离散配置的功能像素；第一估计单元，用于对所述功能像素的输出进行增益校正运算，从而估计所述功能像素的位置处的图像信号；第二估计单元，用于从所述功能像素周围的普通像素选择参考像素，并基于所选择的多个参考像素的输出来估计所述功能像素的位置处的图像信号的输出；以及选择单元，用于基于所述第一估计单元的输出，从所述第二估计单元基于所述多个参考像素的组合所获得的一个或多个估计结果中选择所述功能像素的位置处的图像信号。
发明的有益效果
根据本发明，为了生成焦点检测像素的位置处的图像信号，可以基于通过相对不依赖于被摄体的增益校正处理所生成的图像信号来选择插值处理中要参考的多个像素。因此，可以减少由于插值处理所生成的图像信号而引起的图像质量的劣化。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明实施例的照相机的结构图。
图2是根据本发明实施例的固态摄像元件的框图。
图3A是根据本发明实施例的摄像元件的摄像像素的平面图和截面图。
图3B是根据本发明实施例的摄像元件的摄像像素的平面图和截面图。
图4A是根据本发明实施例的摄像元件的焦点检测像素的平面图和截面图。
图4B是根据本发明实施例的摄像元件的焦点检测像素的平面图和截面图。
图5A是根据本发明实施例的摄像元件的焦点检测像素的平面图和截面图。
图5B是根据本发明实施例的摄像元件的焦点检测像素的平面图和截面图。
图6是示出根据本发明实施例的摄像元件的焦点检测区域的图。
图7是示出根据本发明实施例的摄像元件的焦点检测区域中的像素配置图案的图。
图8是示出根据本发明实施例的照相机的操作的流程图。
图9是示出根据本发明实施例的焦点检测操作的流程图。
图10是示出根据本发明实施例的拍摄操作的流程图。
图11是示出根据本发明实施例的图像处理操作的流程图。
图12是根据本发明实施例的焦点检测像素周围的像素的配 置图。
图13是示出根据本发明的变形实施例的焦点检测像素的配置图案的图。
图14是示出根据本发明的变形实施例的焦点检测像素周围的像素的配置图案的图。
图15是示出根据本发明的变形实施例的图像处理操作的流程图。
具体实施方式
将根据附图详细说明本发明的典型实施例。
实施例
以下将参考附图说明本发明的实施例。
图1是根据本发明的照相机的结构图，并示出具有摄像元件的照相机主体和拍摄镜头一体化的电子照相机100。在该图中，第一透镜组101被配置在拍摄光学系统(聚焦光学系统)的前端并被保持为可以在光轴方向上前后移动。光圈快门102用作光圈和快门，以使得通过调节其开口直径来实现拍摄用的光量调节，并且光圈快门102用作用于调节静止图像拍摄的快门速度的快门。还设置第二透镜组103。光圈快门102和第二透镜组103在光轴方向上一体化地前后移动，并以与第一透镜组101的前后移动连动的方式进行变倍操作(变焦功能)。
第三透镜组105通过光轴方向上的前后移动来进行焦点调节。光学低通滤波器106是用于减少所拍摄图像的伪色和摩尔纹的光学元件。摄像元件107由C-MOS传感器及其外围电路构成。作为摄像元件，使用以下的二维单板颜色传感器，在该传感器中，在由横向方向上的m个像素和纵向方向上的n个像素构成的光接收像素上以片上方式形成有拜耳阵列的原色马赛克滤波 器。
变焦致动器111通过转动凸轮筒(未示出)来驱动第一透镜组101和第二透镜组103在光轴方向上前后移动，从而进行变焦操作。光圈和快门致动器112通过控制光圈快门102的开口直径来调节拍摄光量，并控制静止图像的拍摄用的曝光时间。调焦致动器114驱动第三透镜组105在光轴方向上前后移动，从而进行焦点调节。
设置拍摄用的被摄体照明电子闪光灯115。期望将使用氙管的闪光灯照明设备用作闪光灯115。然而，可以使用具有连续发光的LED的照明设备。AF辅助光单元116经由光投射透镜将具有预定开口图案的掩模的图像投射至视野，并提高针对暗的被摄体或低对比度的被摄体的焦点检测能力。
CPU(照相机控制单元)121是照相机中的CPU，并且进行照相机主体的各种控制。CPU 121具有运算单元、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器和通信接口电路等，基于ROM中存储的预定程序来驱动照相机中设置的各种电路，以及执行诸如AF拍摄、图像处理和记录等的一系列操作。
电子闪光灯控制电路122与拍摄操作同步地控制照明单元115的开启和关闭。辅助光驱动电路123与焦点检测操作同步地控制AF辅助光单元116的开启和关闭。摄像元件驱动电路124控制摄像元件107的摄像操作，对所获得的图像信号进行A/D转换，并将转换后的图像信号发送至CPU 121。图像处理电路125对摄像元件107所获得的图像执行诸如伽玛转换、颜色插值和JPEG压缩等的处理。
调焦驱动电路126基于焦点检测结果来驱动调焦致动器114并驱动第三透镜组105在光轴方向上前后移动，从而进行焦点调节。光圈快门驱动电路128驱动光圈和快门致动器112并控制光 圈快门102的开口。变焦驱动电路129根据拍摄者的变焦操作来驱动变焦致动器111。
诸如LCD等的显示装置131显示关于照相机的拍摄模式的信息、拍摄前的预览图像、拍摄后的确认图像和焦点检测时的聚焦状态显示图像等。操作开关组132由电源开关、释放(拍摄触发器)开关、变焦操作开关和拍摄模式选择开关等构成。可拆卸闪速存储器133记录所拍摄图像。
图2示出摄像元件的框图。图2的框图示出用于说明读取操作所需的最小结构。省略像素复位信号等。在图2中，光电转换单元(以下省略为PDmn：m表示X方向地址，m=0、1、...、m-1；n表示Y方向地址，n=0、1、...、n-1)201由光电二极管、像素放大器和复位开关等构成。在本发明的摄像元件中，m×n光电转换单元被二维连续配置。仅对左上部的光电转换单元PD00附近配置的光电转换单元提供附图标记，以避免图的复杂性。
开关202利用垂直扫描电路208逐行选择光电转换单元PDmn的输出。
线存储器203用于临时存储光电转换单元PDmn 201的输出。线存储器203存储由垂直扫描电路所选择的一行的光电转换单元的输出。通常，使用电容器作为线存储器。
开关204连接至水平输出线，并用于将水平输出线复位至预定电位VHRST，并且开关204由信号HRST来控制。
开关205用于将线存储器203中所存储的光电转换单元PDmn 201的输出顺次发送至水平输出线。通过利用后述的水平扫描电路206顺次扫描开关H0~Hm-1，读出一行的光电转换的输出。
水平扫描电路206顺次扫描线存储器中所存储的光电转换单元的输出并发送至水平输出线。信号PHST是水平扫描电路的 数据输入。PH1和PH2表示移位时钟输入端。当PH1=H时，设置数据。根据输入至PH2的移位时钟来锁存数据。通过将移位时钟输入至移位时钟输入端PH1和PH2使PHST顺次移位，从而使得开关H0~Hm-1顺次接通。控制端子输入端SKIP用于在间隔剔除读出时进行设置。通过将SKIP端子设置为H(高)水平，可以以预定间隔跳过水平扫描。
垂直扫描电路208顺次扫描输出并以扫描方式发送V0~Vn-1，从而选择光电转换单元PDmn的选择开关202。以与水平扫描电路相同的方式，利用数据输入PVST、移位时钟PV1和PV2、以及间隔剔除读出设置SKIP来控制控制信号。由于操作与水平扫描电路的操作相同，因而省略其详细说明。在该图中，未示出上述控制信号。
图3A、3B、4A、4B、5A和5B是用于说明摄像像素和焦点检测像素的结构的图。在该实施例中，使用如下的拜耳阵列，其中在4(=2×2)个像素中，对角配置具有G(绿色)的光谱灵敏度的两个像素，并且使用具有R(红色)的光谱灵敏度的一个像素和具有B(蓝色)的光谱灵敏度的一个像素作为其它两个像素。根据预定规则在拜耳阵列之间分散配置具有后述的结构的焦点检测像素。即，本发明的摄像元件具有以下结构：使用对红色、绿色和蓝色感光的三种像素的拜耳阵列为单位，二维连续地配置多个拜耳阵列单元，并且在该阵列中离散配置功能像素。
图3A和3B中示出摄像像素的配置和结构。图3A是(2×2)摄像像素的平面图。如已知的那样，在拜耳阵列中，对角配置G像素，并且配置R像素和B像素作为其它两个像素。重复配置(2行×2列)的结构。
图3B是沿着图3A中的线3B-3B的截面图。将片上微透镜ML配置在各像素的最前面。设置R(红色)的颜色滤波器CFR和G(绿 色)的颜色滤波器CFG。示意性示出C-MOS传感器的光电转换单元PD。设置配线层CL以形成用于传送C-MOS传感器中的各种信号的信号线。示意性示出拍摄光学系统TL。
摄像像素的片上微透镜ML和光电转换单元PD被构造成使得穿过拍摄光学系统TL的光被尽可能有效地会聚。换句话说，拍摄光学系统TL的有效光瞳EP和光电转换单元PD具有经由微透镜ML的共轭关系，并且光电转换单元的有效区域被设计为具有大的区域。尽管在图3B中说明了G像素的入射光，但R像素和B(蓝色)像素也具有与G像素相同的结构。因此，与RGB摄像像素的各像素相对应的出射光瞳EP具有大的直径，从而能够有效接收来自被摄体的光并提高图像信号的S/N比。
图4A和4B示出在拍摄透镜的水平方向(横向方向)上进行光瞳分割的焦点检测像素的配置和结构。即，根据本发明的焦点检测像素是用于接收利用光学系统所获得的图像光、并利用光瞳分割方法检测光学系统的焦点调节状态的功能像素。水平方向或横向方向被如下定义。即，当用户保持照相机以使得拍摄光学系统的光轴变得水平时，该方向表示沿着与光轴垂直并在水平方向上延伸的直线的方向。图4A是包括焦点检测像素的(2行×2列)的像素的平面图。在本实施例中，由于焦点检测像素的信号用于图像创建，因而即使在焦点检测像素的信号中也要求S/N比高。因此，R和B的像素留作摄像像素，并且G的像素用作焦点检测像素。即，根据本发明的功能像素被配置在与对摄像元件上的绿色感光的像素相对应的位置处。图4A中的SA和SB示出功能像素。
图4B是沿着图4A的线4B-4B的截面图。微透镜ML和光电转换单元PD各自具有与图3B所示的摄像像素相同的结构。在本实施例中，由于焦点检测像素的信号用于图像创建，因而不改变 地配置颜色分离颜色滤波器。然而，可以使用透明薄膜CFW(白色)来代替G的滤波器。为了在摄像元件中进行光瞳分割，将配线层CL的开口部相对于微透镜ML的中心线向一个方向偏移。具体地说，由于将像素SA及其开口部OPHA偏移至右侧，因而接收到穿过拍摄透镜TL的左侧上的出射光瞳EPHA的光。同样，由于将像素SB的开口部OPHB偏移至左侧，因而接收到穿过拍摄透镜TL的右侧上的出射光瞳EPHB的光。因此，在水平方向上规则配置像素SA，并将利用这些像素组获得的被摄体图像假定为A图像。还在水平方向上规则配置像素SB，并将利用这些像素组获得的被摄体图像假定为B图像。通过检测A图像和B图像的相对位置，可以检测被摄体图像的散焦量。
在像素SA和SB中，尽管可以对在拍摄显示画面的横向方向具有亮度分布的被摄体、例如垂直线进行焦点检测，但不能对在垂直方向上具有亮度分布的横线进行焦点检测。当用户想要检测垂直方向上的散焦量时，通过使像素SA及其开口部OPHA向上偏移并通过使像素SB及其开口部OPHB向下偏移来构造就足够了。
图5A和5B示出在拍摄光学系统的垂直方向上进行光瞳分割的焦点检测像素的配置和结构。如下定义垂直方向和横向方向。即，当用户保持照相机以使得拍摄光学系统的光轴变得水平时，沿着与光轴以直角相交并在垂直方向上延伸的直线的方向表示垂直方向。图5A是包括焦点检测像素的2行×2列的像素的平面图。以与图4A相同的方式，将R和B的像素留作摄像像素，并且G的像素用作焦点检测像素。通过图5A中的SC和SD示出焦点检测像素。
图5B是沿着图5A中的线5B-5B的截面图。尽管图4B中的像素具有在横向方向上进行光瞳分割的结构，但图5B中的像素除 了仅将光瞳分割方向设置为纵向方向(垂直方向)以外与图4B中的像素具有相同的结构。即，由于将像素SC的开口部OPVC向下偏移，因而接收到穿过拍摄光学系统TL的上侧的出射光瞳EPVC的光。同样，由于将像素SD的开口部OPVD向上偏移，因而接收到穿过拍摄光学系统TL的下侧的出射光瞳EPVD的光。因此，在垂直方向上规则配置像素SC，并将利用这些像素组获得的被摄体图像假定为C图像。还在垂直方向上规则配置像素SD，并将利用这些像素组获得的被摄体图像假定为D图像。通过检测C图像和D图像的相对位置，可以检测在垂直方向上具有亮度分布的被摄体图像的散焦量。
图6是示出摄像显示画面上的焦点检测区域的例子。将多个焦点检测区域1~5设置在摄像显示画面上，并且与摄像显示画面上的焦点检测区域1~5相对应地配置焦点检测像素。即，对于摄像元件上的焦点检测像素组，通过从在与焦点检测区域1~5相对应的区域中聚焦的被摄体图像来采样图像，进行焦点检测。
图7是示出摄像像素和焦点检测像素的配置的图。在该图中，配置涂布有绿色滤波器的像素G、涂布有红色滤波器的像素R和涂布有蓝色滤波器的像素B。在该图中，SA表示配置有通过在水平方向上偏移像素部的开口所形成的焦点检测像素，并且SA是用于检测SA像素组和后述的SB像素组之间的水平方向上的图像偏移量的参考像素组。SB表示配置有通过在与SA像素相反的方向上偏移像素的开口部而形成的焦点检测像素，并且SB是用于检测相对于SA像素组的水平方向上的图像散焦量的参考像素组。SA和SB的反色部分表示偏移后的像素的开口位置。根据本发明的焦点检测像素接收针对大小等于或大于普通摄像像素的光瞳的大小的一半的光瞳的图像光。
图8是示出本实施例中的照相机的操作的流程图。
当拍摄者接通照相机的电源开关(主开关)时(步骤S801)，在步骤S802中，CPU 121确认照相机中各致动器的操作和摄像元件的操作，初始化存储器中的内容和执行程序，并执行拍摄准备操作。在步骤S803中，开始摄像元件的摄像操作并输出用于预览的低分辨率运动图像。在步骤S804中，将所读出的运动图像显示到照相机的背面上所设置的显示装置131，并且拍摄者观察预览图像并确定拍摄的图像构图。
在步骤S805中，从图6中的图像区域确定焦点检测区域。之后，进入步骤S901并执行焦点检测子例程。
图9是焦点检测子例程的流程图。当处理例程从主流程的步骤S901跳到该子例程时，在步骤S902中，读出步骤S805中确定的焦点检测区域中所包括的焦点检测像素。在步骤S903中，执行所获得的两个图像的相关运算并计算两个图像的相对位置差的量。在步骤S904中，判断相关运算结果的可靠性。这里的可靠性表示两个图像的一致度，并且当两个图像的一致度大时，焦点检测结果的可靠性通常高。因此，如果选择了多个焦点检测区域，则优先使用具有高可靠性的信息。
在步骤S905中，根据高可靠性的检测结果计算散焦量。在步骤S906中，处理例程返回至图8的主流程中的步骤S807。
在图8中的步骤S807中，判断图9的步骤S905中计算出的散焦量是否等于或小于容许值。如果散焦量大于容许值，则判断为焦点状态是失焦状态。在步骤S808中，驱动调焦透镜。之后，重复执行步骤S901~S807。如果在步骤S807中确定为焦点状态达到聚焦状态，则在步骤S809中进行聚焦显示并且处理例程进入步骤S810。
在步骤S810中，判断是否接通拍摄开始开关。如果未接通 拍摄开始开关，则在步骤S810中维持拍摄待机状态。如果在步骤S810中接通了拍摄开始开关，则进入步骤S1001并执行拍摄子例程。
图10是拍摄子例程的流程图。当接通拍摄开始开关时，处理例程从步骤S1001开始。在步骤S1002中，驱动光量调节光圈，并进行指定曝光时间的机械快门的开口控制。在步骤S1003中，进行用于高分辨率的静止图像拍摄的图像读出，即所有像素的读出。在步骤S1101中，在所读出的图像信号中，生成各焦点检测像素的位置处的图像数据。
图11是用于生成各焦点检测像素的位置处的图像数据的子例程的流程图。
在焦点检测像素中，从图5A、5B和6中可以理解，通过每个像素所设置的遮光层来限制视野。因此，来自焦点检测像素的图像信号的水平不同于来自位于焦点检测像素周围的摄像像素的图像信号的水平。照相机100具有多个用于生成(估计)焦点检测像素行的各像素位置处的图像数据的单元。第一个是增益校正单元(第一估计单元)，用于在图像创建时使用焦点检测像素的信号来执行增益校正运算。第二个是插值单元(第二估计单元)，用于基于焦点检测像素周围的摄像像素的摄像像素信号来生成图像数据。插值单元计算焦点检测像素周围的摄像像素的输出的单纯平均，由此获得焦点检测像素的位置处的图像数据。因此，在焦点检测像素附近拍摄高对比度的被摄体的情况下，通过插值处理所获得的图像数据可能与假定为代替焦点检测像素配置在该位置处的摄像像素的输出有很大不同。另一方面，与插值单元相比，增益校正单元可以生成不依赖于被摄体的图像数据。因此，利用增益校正单元所获得的图像数据用作用于确定执行插值处理时所参考的摄像像素的组合的指标。
图12示出焦点检测像素组和焦点检测像素周围的摄像像素的配置。假定在应当配置G像素的位置处配置的焦点检测像素的输出是J(AFG)，并且J周围的G像素的输出是I(G1)~I(G8)。
在步骤S1102中，通过校正焦点检测像素的输出J(AFG)的增益来生成焦点检测像素组的各像素位置处的图像数据。将通过增益校正计算出的图像数据假定为Ig(AFG)。
关于各焦点检测像素中的增益校正值，预先将针对透镜和光圈的每个条件基于各像素的位置计算出的数字表达式存储在照相机中。或者，设备可以具有增益调节单元，该增益调节单元用于在每当进行摄像时，基于焦点检测像素的输出和焦点检测像素周围配置的相同颜色的摄像像素的输出，以实时方式获得增益校正值。
在步骤S1103中，将通过根据焦点检测像素周围的摄像像素的摄像数据执行插值处理生成焦点检测像素的位置处的图像数据时所参考的摄像像素的组合数设置为Cnmax。将说明将执行插值处理时所参考的摄像像素的组合假定为(G1,G8)、(G4,G5)、(G3,G6)和(G2,G7)的例子(在该情况下，Cnmax的最大值等于4)。尽管在本实施例中公开了插值参考像素的四种组合，但作为插值处理中所参考的摄像像素，可以使用离焦点检测像素更远的像素。在步骤S1104中，判断所参考的上述摄像像素(G1,G8)、(G4,G5)、(G3,G6)和(G2,G7)中是否包括缺陷像素。如果存在包括缺陷像素的参考像素的组合，则减去这些组合的数量Cnmax的值。如果G2是缺陷像素，则G2’可以用作插值参考像素来代替G2。即，本发明具有：缺陷像素判断单元，用于判断多个插值参考像素中是否包括缺陷像素；以及插值参考像素选择单元，用于根据缺陷像素判断单元的判断结果来选择插值参考像素的组合。在步骤S1105中，将优先顺序分配给多个 插值参考像素的组合。作为分配优先顺序的方法，将所参考的像素的摄像数据的差的绝对值进行比较。
abs(I(G1)-I(G8))、abs(I(G4)-I(G5))、
abs(I(G3)-I(G6))、abs(I(G2)-I(G7))
abs()是表示绝对值的符号。按照从所参考的像素的摄像数据的差的绝对值中较小的绝对值起的顺序将优先顺序设置得较高，并且按照优先顺序从最高到最低的降序来分配数值(如果参考像素中不存在缺陷像素，则从较高优先顺序起顺次为1、2、3和4)。根据上述摄像像素的组合基于插值处理所获得的图像数据由以下等式(1)~(4)表示。
Ic1(AFG)=(I(G1)+I(G8))/2...(1)
Ic2(AFG)=(I(G4)+I(G5))/2...(2)
Ic3(AFG)=(I(G3)+I(G6))/2...(3)
Ic4(AFG)=(I(G2)+I(G7))/2...(4)
在步骤S1106中，将基于所参考的摄像像素的优先顺序在数值分配中所设置的数值1设置为p。在步骤S1107中，利用根据所设置的p的值的插值参考像素来执行插值处理，由此计算图像数据。
在步骤S1108中，进行以下条件判断以判断针对焦点检测像素的位置处的图像数据、通过插值处理所生成的图像数据是否是正确的。当通过插值处理所生成的图像数据满足以下表达式(5)时，判断为所生成的图像数据是正确的。
abs((Ic(AFG)-Ig(AFG))/Ig(AFG))<T    ...(5)
在表达式(5)中，T表示预定阈值。在该表达式中，基于通过插值处理所生成的图像数据和通过增益校正处理所生成的图像数据之间的差相对于通过增益校正处理所生成的图像数据的比率来进行上述判断。判断表达式不限于表达式(5)，但是可以 基于通过增益校正处理所生成的图像数据和通过插值处理所生成的图像数据之间的差来进行上述判断。即，本发明具有图像输出选择单元，用于基于第一和第二估计单元所获得的估计结果来选择功能像素的位置处的图像输出，其中，特别地，根据第二估计单元根据多个插值参考像素的组合所获得的多个估计结果和第一估计单元所获得的估计结果之间的差是否落在预定值以下来选择功能像素的位置处的图像输出。
如果确定为通过插值处理所生成的图像数据是正确的，则处理例程进入步骤S1109。将焦点检测像素的位置处的图像数据设置为步骤S1107中获得的Ic(AFG)。
如果在步骤S1108中确定为通过插值处理所生成的图像数据不正确，则处理例程进入步骤S1110。在步骤S1110中，判断是否存在执行插值处理时要参考的摄像像素的其它组合。如果存在其它组合(步骤S1110中为“否”)，则根据具有下一高优先顺序的参考像素的组合通过插值处理再次计算图像数据，并重复与上述相同的处理步骤(步骤S1112)。在重复处理并且不存在执行插值处理时要参考的摄像像素的其它组合的情况下(步骤S1110中为“是”)，判断为难以通过插值处理生成图像数据。处理例程进入步骤S1111并且将焦点检测像素的位置处的图像数据设置为通过增益校正处理所生成的图像数据Ig(AFG)。在该情况下，代替通过增益校正处理所生成的图像数据，可以将利用通过增益校正处理所生成的图像数据和通过插值处理所生成的图像数据的加权相加所获得的值用作图像数据。在该情况下，假定通过增益校正处理所生成的图像数据是Ig(AFG)、并且利用产生与增益校正结果最接近的值的插值处理的图像数据是Ic(AFG)，将利用以下等式(6)表达的图像数据设置为焦点检测像素的位置处的图像数据。
I=k1×Ig(AFG)+k2×Ic(AFG)...(6)
其中，k1和k2表示满足k1+k2=1的加权系数。
即，根据本发明的图像输出选择单元，如果对于由第二估计单元根据多个插值参考像素的组合所获得的多个估计结果中任意一者，该估计结果和第一估计单元所获得的估计结果之间的差都未落在预定值以下，则可以选择第一估计单元所获得的估计结果或者通过第一和第二估计单元所获得的估计结果的加权相加所形成的估计结果作为功能像素的位置处的图像的输出。
现在将说明焦点检测像素是缺陷像素的情况下的图像处理操作，尽管省略其说明以避免图11变得复杂。如果焦点检测像素是缺陷像素，则步骤S1102中获得的增益校正处理结果变成与假定为配置在焦点检测像素的位置处的摄像像素的图像信号有很大不同的图像信号的可能性高。因此，输出设置p=1时所计算出的插值处理结果作为图像信号。针对这点，本发明的图像处理设备具有缺陷像素判断单元，用于判断普通摄像像素和功能像素是否是缺陷像素，其中图像输出选择单元根据缺陷像素判断单元的结果来选择由第一和第二估计单元所获得的估计结果之一作为功能像素的位置处的图像输出。
而且，针对焦点检测像素组中另一像素的位置处的图像数据，同样基于通过增益校正处理所生成的图像数据和通过插值处理所生成的图像数据之间的比较来生成图像数据。当在所有焦点检测像素的位置处生成了图像数据时，处理例程返回至S1005。
在步骤S1005中，执行图像的诸如伽玛校正和边缘强调等的图像处理。在步骤S1006中，将所拍摄图像记录至闪速存储器133。在步骤S1007中，将所拍摄图像显示到显示装置131上。 在步骤S1008中，处理例程返回至图8的主流程。
当处理例程返回至图8的主流程时，在步骤S812中结束一系列拍摄操作。
如上所述，在本发明中，针对焦点检测像素的位置处的图像信号的生成，基于通过相对不依赖于被摄体的增益校正处理所生成的图像信号来选择插值处理中所参考的多个像素。因此，可以减少由于通过插值处理所生成的图像信号而引起的图像质量的劣化。结果，在本发明中，由于可以生成适当的插值像素，因而可以在维持减小由于插值引起的图像质量的劣化的效果的同时增大焦点检测像素数。此外，根据本发明，检测焦点检测像素是否是缺陷像素，并且可以提供不使用这些像素值的像素值插值结构，以使得可以更有效地完成图像质量劣化的减少。
上述实施例仅仅是典型例子，并且在实施本发明时，实施例的各种修改和改变是可能的。
例如，尽管在图7所示的摄像元件中示出每四个像素配置焦点检测像素、并且将像素SA和SB配置到不同行的例子，但如图13所示，即使将焦点检测像素SA和SB交替配置在构成特定焦点检测区域中的一行的所有G像素的位置，也获得相同的效果。然而，在如图13所示密集地配置焦点检测像素的情况下，对焦点检测像素的位置处的图像数据进行插值运算时所参考的像素的组合数减小。图14是图12中的焦点检测像素和焦点检测像素周围的像素的配置图。在该图中，在根据焦点检测像素周围的普通像素的输出对焦点检测像素AFG2的位置处的图像信息进行插值运算的情况下，在插值运算中所使用的参考像素是(G1,G8)、(G3,G6)和(G2,G7)。
在用于生成图12中所示的焦点检测像素的位置处的图像数据的处理中，相对于插值处理中所参考的像素的组合方向，将 所参考的像素的摄像信号的差的绝对值进行比较，预先分配优先顺序，从根据参考像素的优先顺序高的组合进行插值处理的图像数据开始，逐一与通过增益校正处理所生成的图像数据进行比较。然而，如图15所示，可以使用以下方法：首先，将利用等式(1)~(4)所计算出的所有Ic(AFG)(步骤S1504)与通过增益校正处理所生成的图像数据Ig(AFG)进行比较，并且将用于获得与通过增益校正处理所生成的图像数据最接近的图像数据的插值结果用作图像数据(步骤S1505)。即，在本发明中，还可以利用这种方法来构造图像输出选择单元，以使得在第二估计单元根据多个插值参考像素的组合所获得的多个估计结果中，将与第一估计单元所获得的估计结果最接近的估计结果选择为功能像素的位置处的图像的输出。利用这种方法也获得同样的效果。
照相机控制单元121可以通过一个硬件来控制，或者可以利用多个硬件分担处理的方法来控制整个设备。
尽管以上针对典型实施例详细说明了本发明，但本发明不限于这些具体实施例，并且在不背离本发明的实质的范围内的各种修改也包括在本发明中。此外，上述实施例中的各实施例仅示出本发明的实施例并且还可以适当地结合这些实施例。
关于上述实施例的处理，可以将记录了实现各功能的软件的程序代码的存储介质提供至系统或设备。系统或设备的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储介质中存储的程序代码，从而实现要实现的上述实施例的功能。在该情况下，从存储介质读出的程序代码本身实现上述实施例的功能，并且存储了程序代码的存储介质构成本发明。作为用于供给这种程序代码的存储介质，例如，可以使用软盘(注册商标)、硬盘、光盘或磁盘等。或者，还可以使用CD-ROM、CD-R、磁带、非易失性存储卡或ROM等。
不仅包括计算机执行所读出的程序代码以实现上述实施例的功能的情况，还包括在计算机中运行的OS(操作系统)等基于程序代码的指示执行实际处理的一部分或全部并且通过这些处理实现上述实施例的功能。
此外，可以将从存储介质读出的程序代码写入针对插在计算机中的功能扩展板或针对连接至计算机的功能扩展单元装备的存储器。还包括以下情况：之后，针对功能扩展板或功能扩展单元设置的CPU等基于程序代码的指示执行实际处理的部分或全部并且通过这些处理实现上述实施例的功能。
产业上的可利用性
可以将图像处理设备应用至图像信号的处理。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
本申请要求于2009年12月9日提交的日本专利申请2009-279528的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (11)

1.一种图像处理设备，包括：
输入单元，用于输入摄像元件的输出，其中，所述摄像元件具有在水平方向和垂直方向上配置的普通像素和在所述普通像素之间离散配置的功能像素；
第一估计单元，用于对所述功能像素的输出进行增益校正运算，从而估计所述功能像素的位置处的图像信号；
第二估计单元，用于从所述功能像素周围的普通像素选择参考像素，并基于所选择的多个参考像素的输出来估计所述功能像素的位置处的图像信号的输出；以及
选择单元，用于基于所述第一估计单元的输出，从所述第二估计单元基于所述多个参考像素的组合所获得的一个或多个估计结果中选择所述功能像素的位置处的图像信号。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述选择单元根据所述第二估计单元所获得的估计结果和所述第一估计单元所获得的估计结果之间的差是否落在预定值以下，来选择所述功能像素的位置处的图像信号。
3.根据权利要求2所述的图像处理设备，其特征在于，如果所述第二估计单元所获得的任意估计结果和所述第一估计单元所获得的估计结果之间的差都未落在所述预定值以下，则所述选择单元将所述第一估计单元所获得的估计结果或者通过所述第一估计单元和所述第二估计单元所获得的估计结果的加权相加所获得的估计结果设置为所述功能像素的位置处的图像信号。
4.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述选择单元将所述第二估计单元根据所述多个参考像素的组合所获得的多个估计结果中、与所述第一估计单元所获得的估计结果最接近的估计结果设置为所述功能像素的位置处的图像信号。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的图像处理设备，其特征在于，还包括缺陷像素判断单元，所述缺陷像素判断单元用于判断所述普通像素或所述功能像素是否是缺陷像素，
其中，所述选择单元根据所述缺陷像素判断单元的判断结果，将所述第一估计单元和所述第二估计单元所获得的估计结果之一设置为所述功能像素的位置处的图像信号。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的图像处理设备，其特征在于，还包括：
缺陷像素判断单元，用于判断所述多个参考像素是否包括缺陷像素；以及
参考像素选择单元，用于根据所述缺陷像素判断单元的判断结果来选择参考像素的组合。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的图像处理设备，其特征在于，所述摄像元件通过以拜耳阵列单元为单位二维配置多个像素来形成，所述拜耳阵列由对红色、绿色和蓝色感光的三种像素构成，并且所述摄像元件具有在像素阵列中离散配置的功能像素。
8.根据权利要求7所述的图像处理设备，其特征在于，所述功能像素配置在与所述摄像元件的像素阵列中的对绿色感光的像素相对应的位置处。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的图像处理设备，其特征在于，所述功能像素经由光学系统接收图像光并输出利用光瞳分割方法检测所述光学系统的焦点调节状态的信号。
10.根据权利要求9所述的图像处理设备，其特征在于，所述功能像素接收针对大小等于或大于所述普通像素的光瞳的大小的一半的光瞳的图像光。
11.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备具有在水平方向和垂直方向上配置的普通像素和在所述普通像素之间离散配置的功能像素，所述控制方法包括：
第一估计步骤，用于对所述功能像素的输出进行增益校正运算，从而估计所述功能像素的位置处的图像信号；
第二估计步骤，用于从所述功能像素周围的普通像素选择参考像素，并基于所选择的多个参考像素的输出来估计所述功能像素的位置处的图像信号的输出；以及
选择步骤，用于基于所述第一估计步骤的输出，从所述第二估计步骤中基于所选择的多个参考像素的组合所获得的一个或多个估计结果中选择所述功能像素的位置处的图像信号。
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