JP2002033964A - デジタル画像の欠陥画素補正方法 - Google Patents
デジタル画像の欠陥画素補正方法Info
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Abstract
備えた電荷結合素子等によって捕捉される。欠陥のある
光検出器は結果としてデジタル画像において対応する画
素位置に不完全性をもたらす。CCD等の欠陥率は大幅
に低減したが、一般に、すべての欠陥を除去することは
実際的ではない。従って、デジタル画像形成装置には種
々の補正システムが提案されてきた。従来の非方向性平
均化システムのでは非エッジ画像領域を過度に平滑化
し、補正画像のエッジを大幅に歪める場合がある。 【解決手段】本発明は、欠陥画素に近接して位置する画
素値から計算された曲率情報に基づいて、欠陥画素を補
正することによって上記課題を解決する。
Description
えば、デジタル静止画像、デジタルビデオ画像または両
方)の欠陥画素を補正するシステムおよび方法に関す
る。
のアレイから形成されており、各画素は割当てられた色
および強度を有している。デジタル画像は、光検出器の
二次元アレイを備えた電荷結合素子(CCD)によって
捕捉される場合がある。各光検出器は、それぞれの画素
位置に配置されている。欠陥のある光検出器は、結果と
してデジタル画像において対応する画素位置に不完全性
をもたらす。CCD製造業者は光検出器の欠陥率を大幅
に低減したが、一般に、すべての欠陥の除去は実際的で
はない。従って、デジタル画像形成装置の製造業者は、
概して、光検出器の欠陥によってもたらされる不完全性
を補正するよう設計されたシステムを含める。種々の補
正システムが提案されてきた。補正システムによって
は、欠陥の無い隣接する画素の値に基づいて欠陥画素の
正確な値を補間するよう設計された画像プロセッサを含
むものがある。かかる補正システムは、方向性補間シス
テムかまたは非方向性平均化(すなわち侵食(erosio
n))システムとして分類されてよい。例えば、ある提
案されている方向性補間システムでは、欠陥画素値が、
欠陥画素に亙る画素のラインの線形補間によって得ら
れ、欠陥画素に隣接する画素から導出される傾斜によっ
て決定される方向に向けられる。一般的な非方向性平均
化システムの方が容易に実現される傾向にあるが、それ
らはまた非エッジ画像領域を過度に平滑化し、補正画像
のエッジを大幅に歪める傾向もある。
れの値を有している複数の画素から形成されたソース画
像の1つまたは複数の欠陥画素を補正する改良されたシ
ステムおよび方法を特徴とする。
接して位置する画素値から計算された曲率情報に基づい
て、欠陥画素が補正される方式を特徴としている。
たは複数を含んでよい。
定される補間方向において欠陥画素と位置合せされた画
素の値を補間することにより補正される。補間方向は、
2つの直交方向に対して計算された曲率値を比較するこ
とによって決定されてよい。補間方向は、好ましくは、
曲率値が低い方の方向に対応する。欠陥画素には、好ま
しくは、補間方向に沿って欠陥画素に位置合せされた画
素の値の線形補間から計算された値が割当てられる。欠
陥画素には、欠陥画素の両側に位置する2つの非欠陥画
素の値の線形補間から計算された値が割当てられてよ
い。割当てられた欠陥画素値は、加算および桁送りの演
算から計算されてよい。
て計算された曲率情報に基づいて補正されてよい。例え
ば、欠陥画素の両側に位置する水平に位置合せされた画
素の2つのグループからの画素値に基づいて、水平曲率
値が計算されてよい。欠陥画素の両側に位置する垂直に
位置合せされた画素の2つのグループからの画素値に基
づいて、垂直曲率値が計算されてもよい。代替的に、欠
陥画素を包囲する画素の値に基づいて曲率値が計算され
てもよい。欠陥画素は、計算された曲率値の比較に基づ
いて補正されてよい。例えば、欠陥画素は、水平曲率が
垂直曲率を超えたという判断に応じて欠陥画素と垂直に
位置合せされた画素の値を補間することにより、補正さ
れてよい。代替的に、欠陥画素は、垂直曲率が水平曲率
を超えたという判断に応じて欠陥画素と水平に位置合せ
された画素の値を補間することにより、補正されてよ
い。
値を生成する複数の光検出器を有する画像センサから取
得されてよく、その場合色は、画素位置がオーバラップ
しない複数のカラープレーンに配列されている。欠陥画
素は、同じカラープレーンの画素の値から計算された曲
率情報に基づいて補正されてよい。
欠陥画素に近接して位置する同じカラープレーン上の画
素の値から決定され、欠陥画素が、その中間画素値に基
づいて補正される方式を特徴とする。
数を含んでよい。
接する同じカラープレーン上の画素の値から決定され
る。欠陥画素値と計算された中間画素値との差を表す差
分値が計算されてよく、欠陥画素は、差分値が閾値を超
えたという判断に応じて欠陥画素値を中間値に置換する
ことによって補正されてよい。
ソース画像の低周波数(平滑)領域と高周波数(エッジ
及びコーナ)領域との両方において破損した画素データ
を回復する頑強かつ有効な方式を提供する。一方で、メ
ディアンフィルタを用いる発明は、特に欠陥の位置が予
め知られていない場合に、実行中に破損された画素デー
タを回復する有効な方式を提供する。メディアンフィル
タによる発明は、ソース画像のエッジおよびコーナを実
質的に保存する一方で、アウトライヤ(すなわち、隣接
する欠陥画素)を有効に除去する。
び特許請求の範囲を含む以下の説明から明らかとなろ
う。
形成装置10は、画像形成部12と補正フィルタ部14
とを有している。画像形成部12は、レンズ16、カラ
ーフィルタアレイ18(例えば、ベイヤ(Bayer)アレ
イ)、CCD20、アナログデジタル(A/D)変換器
22および画像バッファ24(例えば、ランダムアクセ
スメモリ)を含む。補正フィルタ部14は、デジタル信
号プロセッサ(DSP)26およびランダムアクセスメ
モリ(RAM)28を含む。コントローラ30は、画像
形成部12および補正フィルタ部14のコンポーネント
の動作を調整する。デジタル画像形成装置10は、デジ
タル静止画像を記録するよう構成されたデジタルカメラ
であっても、デジタルビデオ画像を記録するよう構成さ
れたデジタルビデオレコーダであってもよい。デジタル
画像形成装置10によって捕捉された画像は、記憶メモ
リ32(例えば、リムーバブルメモリカードまたはデジ
タルビデオカセット)に記録されてよい。動作時、画像
光がレンズ16によって捕捉され、カラーフィルタアレ
イ18を通してCCD20に向けられる。CCD20
は、突き当たっているフィルタリングされた光を複数の
アナログ画像信号に変換し、A/D変換器22は、アナ
ログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。デジタル
画像信号は、処理するためにソース画像データとして画
像バッファ24に格納される。十分な量のソース画像デ
ータが格納された後、ソース画像データはDSP26に
よって処理される。DSP26は、ソース画像の1つま
たは複数の欠陥画素を補正することによって、補正画像
データを生成する。補正画像データは更に処理されてよ
く(例えば、ソース画像はデモザイク処理されてもよ
い)、最終画像データは記憶メモリ32に格納されても
よい。
18は、1つの色の光をCCD20の各画素位置に伝達
するよう構成されている。例えば、ベイヤカラーフィル
タアレイジオメトリでは、画素色は画素位置がオーバラ
ップしない複数のカラープレーンに配列される。カラー
プレーンは、重ねられると、図2に示すように輝度色
(緑)のチェッカボードパターン間に散在する色差色
(赤および青)のパターンを形成する。
画素の値から計算された情報に基づいて欠陥画素を補正
するが、他の実施の形態では、補正プロセスに欠陥画素
からより離れて位置する画素の値を組込んでよい。欠陥
画素は、周知の技術(例えば、CCD20によって生成
される画像をフィルタリングしテストする)を使用し
て、デジタル画像形成装置10の較正中に識別されてよ
い。欠陥画素の位置は、RAM28において欠陥マップ
として格納されてよい。本実施の形態では、特定の欠陥
画素の最近傍画素は、欠陥画素と同じカラープレーンに
位置する8つの画素である。例えば、図3Aおよび図3
Bに示すように、赤カラープレーン40と青カラープレ
ーン42において、欠陥画素(X、Y)の8つの最近傍
画素は、1画素位置分欠陥画素から間隔が空けられてい
る。図3Cおよび図3Dを参照すると、2つの異なるカ
ラープレーン44、46がベイヤジオメトリから抽出さ
れることにより欠陥画素(Z)の最近傍画素が識別され
てよい。カラープレーン44では、8つの最近傍画素が
欠陥画素からすべての方向に1画素位置分間隔が空けら
れており、カラープレーン46では、8つの最近傍画素
のうちの4つが欠陥画素に隣接して配置され残りの近傍
は欠陥画素から1画素位置分間隔が空けられている。
DSP26は、欠陥画素の各々に近接して位置する画素
値から計算された曲率情報に基づいて欠陥画素値を補正
する。この手法は、低周波数(平滑)領域と高周波数
(エッジおよびコーナ)領域との両方において破損され
た画素データを回復する頑強かつ有効な方式を提供す
る。
いて、DSP26は、以下のようにソース画像の欠陥画
素を補正してよい。曲率情報が完全である(すなわち、
最近傍画素のいずれも欠陥を有していない)場合(ステ
ップ50)、水平曲率値(ステップ52)および垂直曲
率値(ステップ54)が計算される。水平曲率(HC)
値および垂直曲率値(VC)値は、以下のように、欠陥
画素の両側に位置する水平に位置合せされた画素と垂直
に位置合せされた画素との2つのグループから、それぞ
れ推定されてよい。 水平曲率=|A−2×B+C|+|F−2×G+H| (1) 垂直曲率=|A−2×D+F|+|C−2×E+H| (2) ここで、A、B、C、D、E、F、G、Hは、以下の画
素アレイに従って配列された、欠陥画素Xの8つの最近
傍画素の値に対応する(すなわち、A、B、Cは上部近
傍であり、Dは左近傍であり、Eは右近傍であり、F、
G、Hは底部近傍である)。
プ56)、欠陥画素は、欠陥画素と垂直に位置合せされ
た画素の値を補間することによって補正される(すなわ
ち、Xの値は(1/2)×(B+G)の値に置換され
る)(ステップ58)。そうでない場合、欠陥画素は、
欠陥画素と水平に位置合せされた画素の値を補間するこ
とによって補正される(すなわち、Xの値は(1/2)
×(D+E)の値に置換される)(ステップ60)。
が傾斜情報が完全である(ステップ62)場合、水平傾
斜値(ステップ64)および垂直傾斜値(ステップ6
6)が計算される。水平傾斜(HG)値および垂直傾斜
(VG)値は、以下のように計算されてよい。 水平傾斜=|I−J| (3) 垂直傾斜=|I−K| (4) ここで、I、J、Kは、以下の画素アレイに従って異な
るカラープレーンで配列される。
る、画素の他のグループ(例えば、A、B、Dまたは
E、G、H)の値もまた、水平および垂直傾斜情報を計
算するために使用されてよい。水平傾斜が垂直傾斜を超
え(ステップ68)かつ垂直補間情報が完全である(ス
テップ70)である場合、欠陥画素は、欠陥画素と垂直
に位置合せされた画素の値を補間することによって補正
される(すなわち、Xの値が(1/2)×(B+G)の
値に置換される)(ステップ58)。一方、垂直傾斜が
水平傾斜を超え(ステップ68)かつ水平補間情報が完
全である(ステップ72)場合、欠陥画素は、欠陥画素
と水平に位置合せされた画素の値を補間することによっ
て補正される(すなわち、Xの値が(1/2)×(D+
E)の値に置換される)(ステップ60)。水平または
垂直補間に必要な情報が不完全である(ステップ70、
72)場合、欠陥画素値は、補間方向において線形補間
近似値に置換される(ステップ74)。例えば、水平補
間が要求されるが画素Xおよび画素Yが共に欠陥を有す
る場合、画素Xおよび隣接する画素Yの値は、以下のよ
うに画素Dおよび画素L間で線形に補間することによっ
て回復されてよい。 X=(2/3)×D+(1/3)×L (5) Y=(1/3)×D+(2/3)×L (6) ここで、DおよびLは、以下の画素アレイに従って同じ
カラープレーンに配列されている。
されるシステムは、近似値を一続きの加算および桁送り
演算によって計算され得る形にすることにより、簡略化
されてよい。例えば、上記式(5)および(6)は、以
下の式によって近似化されてよい。 X≒(3/4)×D+(1/4)×L =(1/2)×(D+(1/2)×(L+D)) (7) Y≒(3/4)×L+(1/4)×D =(1/2)×(L+(1/2)×(D+L)) (8) 式(5)および(6)は、以下の式によってより正確に
近似化されてよい。 X≒(5/8)×D+(3/8)×L =(1/2)×(D+(1/2)×(L+(1/2)×(D+L))) (9) Y≒(5/8)×L+(3/8)×D =(1/2)×(L+(1/2)×(D+(1/2)×(L+D)))(10) 好ましい実施の形態では、欠陥画素X、Yの値は、それ
ぞれ式(9)および(10)によって近似化される。し
かしながら、式(5)および(6)は、以下の式によっ
て更に正確に近似化されてよい。 X≒(11/16)×D+(5/16)×L =(1/2)×(D+(1/2)×(L+(1/2)×(D+(1/2)× (L+D)))) (11) Y≒(11/16)×L+(5/16)×D =(1/2)×(L+(1/2)×(D+(1/2)×(L+(1/2)× (D+L)))) (12) 式(5)および(6)が近似化される精度は、加算およ
び桁送り演算の数を反復的に増大させることにより更に
向上されてよい。
2)の各々は、近似回路80によって計算されてよい。
近似回路80は、4×2マルチプレクサ(MUX)8
2、加算器84、1×2マルチプレクサ86および2つ
のレジスタ88、90を含む。マルチプレクサ82は、
4つの入力を有している。すなわち、2つの入力は、欠
陥画素値(XおよびY)が補間されるために使用される
2つの画素値(DおよびL)を受取るよう連結されてお
り、残りの2つの入力は、それぞれレジスタ88、90
からの出力値を受取るよう連結されている。選択信号9
2は、4つのマルチプレクサ入力のうちのいずれの2つ
が加算器84の入力に与えられるかを制御する。加算器
84の出力は、加算器入力値の合計を表し、マルチプレ
クサ86の入力に与えられる。選択信号94は、レジス
タ88、90のいずれがマルチプレクサ86の入力に与
えられる合計を受取るかを制御する。
に近似回路80の動作を制御してよい。まず、選択信号
92により、コントローラ30はマルチプレクサ82に
対し、入力D、Lを加算器84の入力に与えるよう指示
する。結果としての合計(L+D)は、レジスタ90に
与えられる。シフト信号98により、コントローラ30
はレジスタ90の内容を1小数位シフトさせることによ
り、量(1/2)×(L+D)を生成する。レジスタ9
0内の量は、マルチプレクサ82の入力に与えられる。
次のサイクルで、コントローラ30は、マルチプレクサ
82に対し、入力Dとレジスタ90の量とを加算器84
の入力に与えるよう指示する。結果としての合計(D+
(1/2)×(L+D))は、レジスタ88に与えら
れ、シフト信号96により、コントローラ30は、レジ
スタ88の内容を1小数位シフトさせることにより、合
計((1/2)×(D+(1/2)×(L+D)))を
生成する。これは、欠陥画素Xの補間の第1の近似値
(すなわち、式(7))に対応する。続くサイクルで
は、レジスタ90の量と入力Lとが、加算器84の入力
に与えられる。結果としての合計(L+(1/2)×
(D+L))は、レジスタ90に与えられる。コントロ
ーラ30は、レジスタ90の内容を1小数位シフトさせ
ることにより、量((1/2)×(L+(1/2)×
(D+L)))を生成する。これは、欠陥画素Yの補間
の第1の近似値(すなわち、式(8))に対応する。式
(9)および(10)の補間近似値は、近似回路80の
更なるサイクリングによって計算されてよい。例えば、
入力Dとレジスタ90の内容との合計は、レジスタ88
に与えられてよく、レジスタ88の内容が1小数位シフ
トされることにより量((1/2)×(D+(1/2)
×(L+(1/2)×(D+L))))(すなわち、式
(9))が生成されてよい。更に、入力Lとレジスタ8
8の内容との合計は、レジスタ90に与えられてよく、
レジスタ90の内容が1小数位シフトされることにより
量((1/2)×(L+(1/2)×(D+(1/2)
×(L+D))))(すなわち、式(10))が生成さ
れてよい。回路80の同様な方法での更なるサイクリン
グによって、XおよびYに対する線形補間が近似化され
得る精度が増大する。
プ50)と傾斜情報(ステップ62)とが共に不完全で
ある場合、欠陥画素値(X)が、非欠陥最近傍画素の値
から計算された平均値に置換される(ステップ76)。 X=(P1+P2+…+PN)/N (13) ここで、Nは非欠陥最近傍画素の数であり、Piは非欠
陥最近傍画素の値である。1つの実施の形態では、画素
はラスタスキャン順に処理される。従って、この実施の
形態では、現欠陥画素(X)の上および左の画素は、有
効値を有することが保証され、式(13)は欠陥画素値
の有効な推定値を生成する。
画素の各々に近接して位置する画素値から計算される中
間画素値に基づいて欠陥画素値を補正する。このメディ
アンフィルタ手法は、特に欠陥の位置が前もって知られ
ていない(すなわち、欠陥マップがメモリ28に格納さ
れていない)場合に、実行中に破損画素データを回復す
る有効な方式を提供する。この手法は、アウトライヤ
(すなわち、隣接する欠陥画素)を有効に除去する一方
で、実質的にソース画像のエッジおよびコーナを保持す
る。
は、以下のようにメディアンフィルタを実現するよう構
成されてよい。各画素値(X)に対し(ステップ10
0)、メディアンフィルタ窓102が定義される(ステ
ップ104)。この実施の形態では、欠陥画素は、最近
傍画素の値から計算される情報に基づいて補正される
が、他の実施の形態では、補正プロセスに欠陥画素から
より離れて位置する画素の値を組込んでもよい。この実
施の形態では、特定の画素の最近傍画素は、この画素と
同じカラープレーンに位置する8つの画素(A、B、
C、D、E、F、G、H)である。最近傍画素の値の中
間値(M)が決定される(ステップ106)。8入力ソ
ート(または順序付け)回路を使用してメディアンフィ
ルタ窓102を有する最近傍画素の中間値が決定されて
よい。画素値(X)と中間値(M)との間の差が閾値
(T)より大きい場合(ステップ108)、画素Xの値
は中間値に置換される(ステップ110)。そうでない
場合、画素Xの値は変更されず、次の画素が処理される
(ステップ100)。
ードウェアまたはソフトウェア構成に限定されず、むし
ろいかなる計算または処理環境で実現されてもよい。コ
ントローラ30は、好ましくはファームウェアで実現さ
れる。しかしながら、代替的に、コントローラ30は高
レベル手続き型またはオブジェクト指向プログラミング
言語で、あるいはアセンブリまたは機械言語で実現され
てよく、いずれの場合も、プログラミング言語はコンパ
イル型またはインタプリタ型言語であってよい。
る。
画像構造の方向付けを決定し欠陥画素の値を補間するた
めに使用される方向)として水平および垂直方向が選択
されたが、複数の方向を含む他の処理方向(例えば、対
角または放射画像方向)が選択されてもよい。
が、以下の係数値を有する3×3、水平曲率および垂直
曲率フィルタアレイを含むフィルタアレイを組込むこと
によって、推定されてもよい。
およびフィルタアレイIIを適用することにより、以下
の水平および垂直曲率推定値が得られる。 水平曲率=(1/4)×(A−4×B+C+2×D+2×E+F−4×G+H) (14) 垂直曲率=(1/4)×(A+2×B+C−4×D−4×E+F+2×G+H) (15) このように、本実施の形態では、欠陥画素を包囲する画
素の値に基づいて曲率値が推定される。
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
する複数の画素から形成されたソース画像における1つ
または複数の欠陥画素(X)を補正する方法であって、
該欠陥画素(X)に近接して位置する画素値から計算さ
れる曲率情報に基づいて欠陥画素(X)を補正するステ
ップを含むことを特徴とする方法。
2つの異なる画像方向に対して計算された曲率情報に基
づいて補正する実施態様1記載の方法。
囲する画素の値に基づいて曲率値を計算するステップを
更に含むことを特徴とする実施態様1記載の方法。
前記曲率情報から決定される補間方向に該欠陥画素
(X)と位置合せされた画素の値を補間することによっ
て補正すする実施態様1記載の方法。
前記補間方向に沿って該欠陥画素(X)と位置合せされ
た画素の値の線形補間から計算された値を割当てる実施
態様4記載の方法。
該欠陥画素(X)の両側に位置する2つの非欠陥画素の
値の線形補間から計算された値を割当てる実施態様5記
載の方法。
素値を、加算(86)および桁送り(88、90)の演
算から計算する実施態様6記載の方法。
素値を生成する複数の光検出器を有する画像センサ(2
0)からソース画像を取得するステップを更に含み、該
色を、画素位置がオーバラップしない複数のカラープレ
ーン(40、42、44、46)に配列し、前記欠陥画
素(X)を、該同じカラープレーン(40、42、4
4、46)の画素の値から計算される曲率情報に基づい
て補正する実施態様1記載の方法。
しそれぞれのカラープレーン(40、42、44、4
6)に対応する複数の画素から形成されたソース画像に
おいて1つまたは複数の欠陥画素(X)を補正する方法
であって、(a)欠陥画素(X)に近接して位置する該
同じカラープレーン(40、42、44、46)の画素
の値から中間画素値(M)を決定するステップと、
(b)該中間画素値(M)に基づいて該欠陥画素(X)
を補正するステップと、を含むことを特徴とする方法。
計算された中間画素値(M)との差を表す差分値を計算
するステップを更に含み、該欠陥画素(X)を、該差分
値が閾値(T)を超えたという判断に応じて該欠陥値を
該中間値(M)に置換するステップにより補正する実施
態様9記載の方法。
たベイヤジオメトリカラーパターンを備えた画素アレイ
の図である。
ら抽出される画素アレイカラープレーンの図である。
ら抽出される画素アレイカラープレーンの図である。
ら抽出される画素アレイカラープレーンの図である。
ら抽出される画素アレイカラープレーンの図である。
法のフローチャートである。
である。
タ窓の図である。
法のフローチャートである。
Claims (1)
- 【請求項1】 各々がそれぞれの値を有する複数の画素
から形成されたソース画像における1つまたは複数の欠
陥画素を補正する方法であって、 該欠陥画素に近接して位置する画素値から計算される曲
率情報に基づいて欠陥画素を補正するステップを含むこ
とを特徴とする方法。
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