JP2004040546A

JP2004040546A - デジタルカメラ

Info

Publication number: JP2004040546A
Application number: JP2002195809A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 佐藤　公一
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】画像の輪郭部における偽色の発生を抑制して再生画像の画質を向上させる。
【解決手段】撮像素子１０の受光面に、ベイヤー配列のカラーフィルタを設ける。撮像素子１０において発生した画像信号を、信号処理回路１４において、Ｒ、ＧおよびＢの画素信号に変換し、輝度色差変換回路１６において、輝度信号（Ｙ）、Ｕ信号およびＶ信号に変換する。輝度信号を輪郭抽出回路２０に入力し、各画素のエッジの強度を検出する。Ｕレベル検出回路２２で求めたＵ信号のレベルと、Ｖレベル検出回路２４で求めたＶ信号のレベルを加算器２６において加算し、ＵＶ抑圧パラメータを求める。Ｕレベル抑圧回路２３では、輪郭抽出回路２０から出力されるエッジ強度信号に応じて、ＵＶ抑圧パラメータに基づいた抑圧をＵ信号に施す。Ｖレベル抑圧回路２５では、エッジ強度信号に応じて、ＵＶ抑圧パラメータに基づいた抑圧をＶ信号に施す。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単板の撮像素子を備えたデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単板の撮像素子を備えたデジタルカメラが知られており、撮像素子の受光面には、例えばベイヤー配列に従って配列されたカラーフィルタが設けられている。また撮像光学系から撮像素子までの光路には、光学的ノイズを除去するために光学ローパスフィルタが配設されており、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数はＧ、Ｒ、Ｂの色成分において共通である。
【０００３】
ベイヤー配列のカラーフィルタを有する撮像素子を用いた場合、Ｇのサンプリング周波数はＲとＢのサンプリング周波数よりも高い。したがって、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数をＧの色成分に合わせると、ＲとＢの色成分の信号において、ナイキストの定理に従った折り返しが発生し、これは偽色の原因となり、特に画像の輪郭部において発生しやすい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで従来、画像の輪郭部の彩度を落として無彩色に変換することが行われている。しかし、この手法によると、偽色が発生しない輪郭部も無彩色になり、画質が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、画像の輪郭部に偽色が発生しにくいデジタルカメラを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るデジタルカメラは、単一の撮像素子と、撮像素子の受光面に、所定のパターンに従って配列された複数のカラーフィルタ要素から成るカラーフィルタと、撮像素子によって得られた画素信号に基づいて、所定の複数画素から成る第１画素領域ごとにエッジの強度を検出する輪郭抽出手段と、撮像素子によって得られた画素信号に基づいて、所定の複数画素から成る第２画素領域ごとに彩度を検出する彩度検出手段と、エッジの強度に応じて、彩度の大きさに応じた抑圧を彩度に施して画像データを生成する彩度抑圧手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
彩度は例えば色差信号によって表される。
彩度抑圧手段は、ブルーと輝度値の差である第１の色差信号と、レッドと輝度値の差である第２の色差信号との和に基づいた抑圧を彩度に施してもよい。また彩度抑圧手段は、ブルーと輝度値の差である第１の色差信号に基づいて、第１の色差信号である彩度を抑圧し、レッドと輝度値の差である第２の色差信号に基づいて、第２の色差信号に対応した彩度を抑圧してもよい。このようにブルー系とレッド系に分けて彩度を抑圧することにより、輪郭部における偽色の発生をより効果的に防止できる。
【０００８】
抑圧の度合いは、エッジの強度の大きさに従って直線的に変化するように定めてもよいが、エッジの強度が所定値以下であるときにゼロになるようにしてもよい。また抑圧の度合いは、エッジの強度の大きさに従って非直線的に変化してもよい。抑圧の度合いは、彩度が高くなるほど小さくてもよい。これは、彩度が高い場合、輪郭部において多少偽色が発生しても目立たないからである。
【０００９】
カラーフィルタに設けられるカラーフィルタ要素は、例えばグリーン（Ｇ）とレッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）である。
彩度検出手段は、例えば、画素信号によって構成される画像の全体に渡って彩度を検出する。第２領域の画素数は第１領域の画素数よりも多いことが好ましい。これは、彩度検出の場合、輪郭抽出と同じ狭い領域を対象とすると、偽色信号を多く含んで彩度検出の精度が低下するおそれがあるからである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態であるデジタルカメラの電気的および光学的な構成を概略的に示すブロック図である。このデジタルカメラは単一の撮像素子（ＣＣＤ）１０を備えている。撮像素子１０の受光面にはベイヤー配列に従って配列されたレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）のカラーフィルタが設けられている。撮影レンズ１１の光軸上には、赤外カットフィルタ１２と光学ローパスフィルタ１３と撮像素子１０がこの順に配設されている。したがって撮影レンズ１１を通過した光線は、赤外線とノイズ成分を除去されて撮像素子１０に入射し、撮像素子１０ではアナログの電気信号である画像信号が発生する。
【００１１】
この画像信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）とＡＤ変換器（ＡＤＣ）を備えた信号処理回路１４において、ノイズ成分を除去されるとともにＡＤ変換される。デジタルの画像信号は補間処理回路１５において補間処理を施され、Ｒ、ＧおよびＢの画素信号に変換される。Ｒ、ＧおよびＢの画素信号は、輝度色差変換回路１６において、輝度信号（Ｙ）、Ｕ信号（第１の色差信号（Ｂ−Ｙ）に対応する）およびＶ信号（第２の色差信号（Ｒ−Ｙ）に対応する）に変換される。
【００１２】
輝度信号は輪郭抽出回路２０と輪郭強調回路２１に入力される。輪郭抽出回路２０では、図２に示すように、例えばある画素と、これに上下、左右、および斜め方向に隣接する８つの画素とから成る第１の画素領域（３×３画素）Ａ１における輝度信号の微分値が計算されて、各画素ごとにエッジの強度が検出され、エッジ強度信号として出力される。輪郭強調回路２１では、エッジ強度信号に応じた係数が輝度信号に乗じられ、エッジが強調される。
【００１３】
Ｕ信号はＵレベル検出回路２２とＵレベル抑圧回路２３に入力される。Ｕレベル検出回路２２では、各画素のＵ信号のレベルに基づいて、所定の複数画素から成る第２画素領域Ａ２（例えば図２に示すように、第１画素領域Ａ１に対して、水平方向および垂直方向にそれぞれ約１０倍拡大し、水平方向３１画素×垂直方向３１画素の９６１画素単位）の平均的なＵ信号レベルが演算され、第２画素領域Ａ２ごとに彩度を示すパラメータとして検出される。同様に、Ｖ信号はＶレベル検出回路２４とＶレベル抑圧回路２５に入力され、Ｖレベル検出回路２４では、各画素のＶ信号レベルに基づいて、第２画素領域Ａ２の平均的なＶ信号レベルが演算され、第２画素領域Ａ２ごとに彩度を示すパラメータとして検出される。
【００１４】
これらのパラメータは加算器２６において加算されてＵＶ抑圧パラメータとなり、Ｕレベル抑圧回路２３とＶレベル抑圧回路２５に入力される。ＵＶ抑圧パラメータは、例えば４段階のレベルの大きさに分類され、最も低いレベルは画素が無彩色である場合に対応し、レベルが高くなるほど画素の彩度は高くなる。
【００１５】
彩度の検出に当たっては、上述したように、参照する画素数を輪郭抽出の際に参照する画素数よりも多く、かつ二次元的に広がりをもった画素領域を設定し、その画素領域の平均的な色差信号を利用している。このため、エッジ部分にて発生した偽色信号による悪影響を受けずに高精度な彩度検出が行える。なお以下の説明において、「画素の彩度」は、その画素を中心とした第２画素領域Ａ２における平均的な彩度を意味する。
【００１６】
Ｕレベル抑圧回路２３では、輪郭抽出回路２０から出力されるエッジ強度信号に応じて、加算器２６から出力されたＵＶ抑圧パラメータ、すなわちＵ信号とＶ信号との和に基づいた抑圧がＵ信号に施される。同様にＶレベル抑圧回路２５では、エッジ強度信号に応じて、ＵＶ抑圧パラメータに基づいた抑圧がＶ信号に施される。Ｕレベル抑圧回路２３とＶレベル抑圧回路２５における抑圧作用については後に詳述する。
【００１７】
輪郭強調回路２１から出力される輝度信号と、Ｕレベル抑圧回路２３およびＶレベル抑圧回路２５から出力されるＵ信号およびＶ信号は、画像データとしてメモリ３０に格納される。画像データはメモリ３０から読み出され、ＪＰＥＧ処理回路３１においてＪＰＥＧアルゴリズムに従って圧縮され、ＰＣカード３２に記録される。また画像データは、ＬＣＤ表示回路３３において所定の処理を施され、液晶表示装置（ＬＣＤ）３４においてカラー画像として表示される。
【００１８】
図３はＵレベル抑圧回路２３およびＶレベル抑圧回路２５における抑圧作用の第１の例を示す図である。この図において、横軸は輪郭抽出回路２０から出力されたエッジ強度信号の大きさ（輪郭抽出レベル）を示し、縦軸はＵレベル抑圧回路２３とＶレベル抑圧回路２５においてＵ信号とＶ信号に施される抑圧の度合い（ＵＶ抑圧レベル）を示している。実線Ｓ１は、ＵＶ抑圧パラメータの大きさが０レベルであるとき、すなわち抑圧される対象画素の色が無彩色であるときの抑圧の度合いを示している。実線Ｓ２はＵＶ抑圧パラメータが実線Ｓ１の場合よりも大きい場合、すなわち画素が比較的低い彩度を有するときの抑圧の度合いを示している。実線Ｓ３、Ｓ４はＵＶ抑圧パラメータがより大きい場合、すなわち画素が比較的高い彩度を有するときの抑圧の度合いを示している。
【００１９】
第１の例では、実線Ｓ１〜Ｓ４は原点を通る直線である。すなわち、抑圧の度合いはエッジの強度の大きさに従って直線的に大きくなる。また抑圧の度合いは、ＵＶ抑圧パラメータが小さくなるほど（最も小さいものが実線Ｓ１）、すなわち画素の彩度が低くなるほど大きくなる。これは、画素が無彩色に近い場合、輪郭において彩度を大きく抑圧しても色落ちは目立たず、偽色の発生が効果的に防止されるからである。これに対し、画素の彩度が高くなると（実線Ｓ４）、多少偽色が発生しても目立たないので、抑圧の度合いを小さくしている。逆に、画素の彩度が高い場合に抑圧の度合いを大きくすると、輪郭部に色落ちが発生して画質が低下してしまうが、本実施形態ではこのような現象の発生が防止される。
【００２０】
Ｕレベル抑圧回路２３およびＶレベル抑圧回路２５には、図３に示す様な特性に沿って、複数のＵＶ抑圧パラメータ毎に輪郭抽出レベルと抑圧レベルとの対応を示すテーブルデータが格納されている。Ｕレベル抑圧回路２３およびＶレベル抑圧回路２５では、複数のデータテーブルの中から、入力されるＵＶ抑圧パラメータと最も近いパラメータのデータテーブルが選択され、次にそのテーブルを参照して輪郭抽出レベルに対応したＵ信号およびＹ信号の抑圧レベルが決定される。
【００２１】
図４は、抑圧作用の第２の例を示す図である。この例では、実線Ｓ１１〜Ｓ１４によって示されるように、抑圧の度合いはエッジの強度が所定値Ｃｔｈ以下であるときにはゼロであり、エッジの強度が所定値Ｃｔｈを越えると直線的に大きくなる。すなわちエッジの強度が所定値Ｃｔｈ以下であるとき、Ｕ信号とＶ信号は抑圧されない。
【００２２】
図５は、抑圧作用の第３の例を示す図である。この例では、第２の例と同様に、抑圧の度合いはエッジの強度が所定値Ｃｔｈ以下であるときゼロであるが、実線Ｓ２１〜Ｓ２４によって示されるように、エッジの強度が所定値Ｃｔｈを越えると非直線的に大きくなり、エッジの強度が所定値Ｃｔｈから大きくなるに従って急激に増大し、エッジの強度がある程度大きくなると、抑圧の度合いの増加率は小さくなる。
【００２３】
図６は、第２の実施形態であるデジタルカメラの電気的および光学的な構成を概略的に示すブロック図である。第１の実施形態との違いは、Ｕレベル検出回路２２から出力されるＵ信号のレベルがＵ抑圧パラメータとしてＵレベル抑圧回路２３に直接入力され、またＶレベル検出回路２４から出力されるＶ信号のレベルがＶ抑圧パラメータとしてＶレベル抑圧回路２５に直接入力される点である。また、Ｕレベル抑圧回路２３とＶレベル抑圧回路２５内に設けられたメモリ（図示せず）には、各Ｕ信号およびＹ信号専用のテーブルデータがそれぞれ格納されている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２４】
Ｕレベル抑圧回路２３では、輪郭抽出回路２０から出力されるエッジ強度信号に応じて、Ｕ抑圧パラメータに基づいた抑圧がＵ信号に施される。同様に、Ｖレベル抑圧回路２５では、エッジ強度信号に応じて、Ｖ抑圧パラメータに基づいた抑圧がＶ信号に施される。
【００２５】
図７（ａ）はＵレベル抑圧回路２３における抑圧作用の第１の例を示し、図７（ｂ）はＶレベル抑圧回路２３における抑圧作用の第１の例を示している。実線Ｓ３１〜Ｓ３４は、４つのＵ抑圧パラメータに関する、エッジの強度に対する抑圧の度合いの変化を示している。実線Ｓ４１〜Ｓ４４は、４つのＶ抑圧パラメータに関する、エッジの強度に対する抑圧の度合いの変化を示している。実線Ｓ３１〜Ｓ３４の傾きは実線Ｓ４１〜Ｓ４４の傾きとは異なり、Ｕ信号とＶ信号は独立に抑圧される。
【００２６】
図８は、抑圧作用の第２の例を示す図である。この例では、第１の実施形態における抑圧作用の第２の例と同様であり、実線Ｓ５１〜Ｓ５４によって示されるように、エッジの強度が所定値Ｃｔｈ以下であるとき、Ｕ信号とＶ信号は抑圧されない。Ｕ信号とＶ信号に対する抑圧は相互に独立である。
【００２７】
図９は、抑圧作用の第３の例を示す図である。この例では、第１の実施形態における抑圧作用の第２の例と同様であり、実線Ｓ６１〜Ｓ６４によって示されるように、抑圧の度合いは、エッジの強度が所定値Ｃｔｈを越えると非直線的に大きくなる。
【００２８】
このように第２に実施形態では、Ｕ信号とＶ信号、すなわちブルー系とレッド系の彩度が独立に抑圧されるので、輪郭部における彩度の抑圧が最小限に抑えられ、偽色の発生をより効果的に防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、画像の輪郭部における偽色の発生を抑制して再生画像の画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるデジタルカメラの電気的および光学的な構成を示すブロック図である。
【図２】彩度検出と輪郭抽出に用いられる第１画素領域と第２画素領域を示す図である。
【図３】第１の実施形態における彩度の抑圧作用の第１の例を示す図である。
【図４】第１の実施形態における彩度の抑圧作用の第２の例を示す図である。
【図５】第１の実施形態における彩度の抑圧作用の第３の例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態であるデジタルカメラの電気的および光学的な構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態における彩度の抑圧作用の第１の例を示す図である。
【図８】第２の実施形態における彩度の抑圧作用の第２の例を示す図である。
【図９】第２の実施形態における彩度の抑圧作用の第３の例を示す図である。
【符号の説明】
１０　撮像素子

Claims

単一の撮像素子と、
前記撮像素子の受光面に、所定のパターンに従って配列された複数のカラーフィルタ要素から成るカラーフィルタと、
前記撮像素子によって得られた画素信号に基づいて、所定の複数画素から成る第１画素領域ごとにエッジの強度を検出する輪郭抽出手段と、
前記画素信号に基づいて、所定の複数画素から成る第２の画素領域ごとに彩度を検出する彩度検出手段と、
前記エッジの強度に応じて、前記彩度の大きさに応じた抑圧を前記彩度に施して画像データを生成する彩度抑圧手段と
を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
前記彩度が色差信号に対応することを特徴とする請求項１に記載のデジタルメラ。
前記彩度抑圧手段が、ブルーと輝度値の差である第１の色差信号と、レッドと輝度値の差である第２の色差信号との和に基づいた抑圧を前記彩度に施すことを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ。
前記彩度抑圧手段が、ブルーと輝度値の差である第１の色差信号に基づいて、前記第１の色差信号に対応した彩度を抑圧し、レッドと輝度値の差である第２の色差信号に基づいて、前記第２の色差信号に対応した彩度を抑圧することを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ。
前記抑圧の度合いが、前記エッジの強度の大きさに従って直線的に変化することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
前記抑圧の度合いが、前記エッジの強度が所定値以下であるときにはゼロであることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
前記抑圧の度合いが、前記エッジの強度の大きさに従って非直線的に変化することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
前記抑圧の度合いが、前記彩度が高くなるほど小さくなることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
前記カラーフィルタ要素がグリーン（Ｇ）とレッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）であることを特徴とする請求項１に記載のデジタルメラ。
前記彩度検出手段が前記画素信号によって構成される画像の全体に渡って前記彩度を検出することを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
前記第２領域の画素数が前記第１領域の画素数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。