JP2006020275A - Rawデータから倍率色収差を検出する画像処理装置、画像処理プログラム、および電子カメラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の画像処理装置は、入力部、および検出部を備える。この入力部は、予め定められた配列パターンで複数種の色成分を画素配列してなるRAWデータを取り込む。一方、検出部は、RAWデータに含まれる2種類の色成分について、相関を算出して色ずれ幅を検出し、色ずれ幅に基づいて画像を撮影した光学系の倍率色収差を求める。
【選択図】 図1
Description
また、本発明は、この画像処理装置をコンピュータ上で実現するための画像処理プログラムに関する。
また、本発明は、この画像処理装置を搭載した電子カメラに関する。
例えば、特許文献1には、画像のエッジ部分について色ずれを検出し、その色ずれに基づいて画像処理を行って倍率色収差を補正する技術が記載されている。
さらに、特許文献3には、RAWデータの色補間に際して、倍率色収差の補正を同時に行うことが記載されている。なお、特許文献3には、RAWデータから倍率色収差を検出する技術として、基準パターンを撮像して得たRAWデータと、色収差のない基準パターンの参照情報(予め記憶されたもの)とについて同色成分間の色ずれを検出する方法が記載されている。
特許文献1,2の従来技術は、画素単位に色成分が揃った画像から倍率色収差を検出する。そのため、特許文献1,2の従来技術を使うためには、先にRAWデータに色補間処理を施し、画素単位に色成分の揃った画像を生成しなければならない。
しかしながら、本発明者は、先に色補間を実施すると、倍率色収差の検出に問題を生じることに気が付いた。
すなわち、RAWデータに対して色補間処理を施すと、画像のエッジなどに偽色ノイズが発生する。特許文献1,2の処理では、この偽色ノイズと倍率色収差とを区別できない。そのため、この偽色ノイズを誤検出することによって、倍率色収差の検出が困難になる。
以上のような理由から、先に色補間を実施することによって、倍率色収差の検出は非常に困難になる。
ところで、特許文献3には、RAWデータから倍率色収差を検出する技術が記載されている。しかし、この技術は、あくまでも基準パターンを使った方法に限定される。すなわち、特許文献3では、まず、色収差の無い基準パターンの参照情報を事前に準備する。次に、この基準パターンを実際に撮影して、倍率色収差の生じたRAWデータを得る。この基準パターンのRAWデータと、色収差の無い参照情報とについて比較することで、色ずれを検出する。
そこで、本発明の目的は、基準パターンなどを使わずに、通常のRAWデータから、倍率色収差を検出する技術を提供することである。
また、本発明の目的は、偽色や色差LPFなどの影響を受けずに、倍率色収差を正確に検出する技術を提供することである。
本発明の画像処理装置は、入力部、および検出部を備える。
この入力部は、RAWデータを取り込む。このRAWデータは、予め定められた配列パターンで複数種の色成分を画素配列してなるデータである。
一方、検出部は、このRAWデータに含まれる2種類の色成分について、相関を算出して色ずれ幅を検出し、この色ずれ幅に基づいて画像を撮影した光学系の倍率色収差を求める。
なお好ましくは、検出部は、異なる画素位置における2種類の色成分について相関を算出する。この場合、検出部は、この相関結果から画素位置の間隔分を除くことによって、正しい色ずれ幅を求める。この色ずれ幅に基づいて倍率色収差を求める。
また好ましくは、入力部は、2種類の一方の色成分を補間し、他方の色成分の画素位置に、これら2種類の色成分を揃える。検出部は、位置を揃えた2種類の色成分について、相関を算出して色ずれ幅を検出し、その色ずれ幅に基づいて倍率色収差を求める。
なお好ましくは、2種類の色成分として、配列密度のより高い主色成分と、配列密度のより低い副色成分とを選ぶ。入力部は、この主色成分について補間を実施し、副色成分の画素位置における補間主色成分を生成する。検出部は、この補間主色成分と副色成分との相関から色ずれ幅を検出する。
また好ましくは、検出部は、画像を複数の分割領域に分けて、分割領域ごとに動径方向の色ずれを検出する。次に、検出部は、隣接する分割領域間の色ずれをベクトル合成する。この動作により、画面中心について点対称でない倍率色収差までも検出する。
なお好ましくは、検出部で求めた倍率色収差を打ち消す方向に、RAWデータの色成分間の倍率調整を行い、倍率調整後の色成分を求める補正部を備える。
また好ましくは、補正部は、倍率調整後の色成分に基づいて、各画素位置に複数種類の色成分を揃えた画像データを生成する。
また、本発明の画像処理プログラムは、コンピュータを、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の画像処理装置として機能させることを特徴とする。
また、本発明の電子カメラは、上記《1》〜《7》のいずれか1項に記載の画像処理装置と、被写体像を撮像してRAWデータを生成する撮像部とを備える。この電子カメラは、撮像部で生成されたRAWデータを画像処理装置で処理することを特徴とする。
その結果、特許文献1,2とは異なり、色補間による偽色ノイズや、色差LPFによる色ずれの画面ムラなどの影響を受けずに、倍率色収差を適切に検出することが可能になる。
また、特許文献3とは異なり、RAWデータ中の2種類の色成分間について色ずれを検出することで、基準パターンに限らず一般的なRAWデータから倍率色収差を検出することに成功している。
図1は、請求項8に対応するプログラムを説明する流れ図である。このプログラムをコンピュータで実行することにより、コンピュータを、請求項1、3,4,6,7に対応する画像処理装置として機能させることができる。
以下、図1に示すステップ番号に沿って、第1実施形態の動作を説明する。
コンピュータは、電子カメラで撮像されたRAWデータを、記録媒体や通信インターフェースを経由して取り込む。このRAWデータは、色補間を施す前の画像データであり、RGB色成分をベイヤ配列した画像データである。なお、このRAWデータに対しては、事前にホワイトバランス調整やガンマ補正を施すことが好ましい。
コンピュータは、RAWデータのR画素位置において、近傍のG成分(請求項の主色成分に対応)を用いて補間し、補間G成分を求める。次に、コンピュータは、R画素位置に揃えたR成分および補間G成分を抽出し、画素数1/4の画像(以下『1/4画像』という)を生成する。
コンピュータは、撮影光学系の光軸中心として、1/4画像の中心をデフォルト設定する。なお、コンピュータは、RAWデータの付随情報により、電子カメラから光軸中心の画面内位置を取得してもよい。
次に、コンピュータは、この光軸中心を原点にして1/4画像を周方向に分割し、複数の分割領域と、各分割領域の動径方向を設定する。
図2は、この分割領域と動径方向の設定例を示す図である。この設定では、まず、入力画像を8個の分割領域N、NE、E、SE、S、SW、W、NWに分割し、分割領域ごとに図示する矢印を動径方向とする。
続いて、コンピュータは、1/4画像のRG成分から輝度Yを下式によって簡易算出する。
Y=(R+G)/2
コンピュータは、倍率色収差が視認可能な画面域(光軸中心から最大像高の5割以上離れた領域など)において、輝度Yの動径方向のレベル変化を算出する。
分割領域N : gradY(x,y)=Y(x,y-1)-Y(x,y)
分割領域NE: gradY(x,y)=Y(x+1,y-1)-Y(x,y)
分割領域E : gradY(x,y)=Y(x+1,y)-Y(x,y)
分割領域SE: gradY(x,y)=Y(x+1,y+1)-Y(x,y)
分割領域S : gradY(x,y)=Y(x,y+1)-Y(x,y)
分割領域SW: gradY(x,y)=Y(x-1,y+1)-Y(x,y)
分割領域W : gradY(x,y)=Y(x-1,y)-Y(x,y)
分割領域NW: gradY(x,y)=Y(x-1,y-1)-Y(x,y)
コンピュータは、求めたgradY(x,y)の絶対値が、所定値Th(たとえば256階調データにおいて10程度)以上を示す画素位置(x,y)を探索する。
なお、このレベル変化箇所の検出は、画面上において所定のサンプリング間隔を置いて離散的に実施してもよい。
コンピュータは、1/4画像のレベル変化箇所の近傍において、レベル変化箇所を中心に局所的なウィンドウを設定し、このウィンドウ内のG配列を取得する。さらに、コンピュータは、このウィンドウを動径方向に変位させた位置からR配列を取得する。次に、コンピュータは、G配列の平均値とR配列の平均値とが一致するようにR配列の各信号レベルを調整した後、G配列とR配列の要素単位の差分を取り、この差分の絶対値を累積加算して重ね合わせ誤差を求める。
なお、このとき、重ね合わせ誤差の値を内挿することにより、色ずれ幅を画素間隔以下の精度で求めることが好ましい。
コンピュータは、1/4画像のレベル変化箇所ごとに求めた色ずれ幅を、そのレベル変化箇所の像高(光軸中心からの動径)でそれぞれ割って、R面とG面の倍率差を算出する。
コンピュータは、レベル変化箇所ごとに求めた倍率差の度数を集計して、ヒストグラム分布を作成する。
図4は、このヒストグラム分布の一例を示す図である。
図4中の点線は、RAWデータについて、倍率差のヒストグラム分布をとったものである。このRAWデータの場合、色差LPFによる倍率色収差の軽減作用を受けていないため、最頻度値を中心として裾野形状は対称形になり、ほぼ正規分布のバラツキを示す。この場合、最頻度値の値が、求めるべき撮影光学系の倍率差を示していると考えてよい。
コンピュータは、RAWデータから求めた倍率差のヒストグラム分布(図4中に示す点線ヒストグラム)から、最頻度値(または平均値、中央値など)を求め、撮影光学系の倍率差kとして記憶する。
次に、コンピュータは、1/4画像の倍率差kを用いて下式を算出し、1/4画像の画素位置(x,y)ごとに、R面の色ずれを変位ベクトル(dx,dy)として求める。
dx=-k(x-xo)
dy=-k(y-yo)
ただし、(xo,yo)は光軸中心である。
次に、コンピュータは、入力画像の補間処理(例えばCubic補間など)により、参照位置(x-dx,y-dy)におけるR画素の値R′を算出する。
コンピュータは、この色ずれ補正後の画素値R′を、1/4画像の(x,y)に対応するRAWデータのR画素位置に挿入する。1/4画像の(x,y)に対応するRAWデータのR画素位置は、ベイヤ配列に応じて(2x,2y),(2x+1,2y),(2x,2y+1),(2x+1,2y+1)のいずれかである。
次に、コンピュータは、RAWデータのB成分についても同様の処理を実施し、色ずれ補正後の画素値B′を、RAWデータのB画素位置に挿入する。
コンピュータは、色ずれ補正を完了したRAWデータに対して、異色成分による外挿や色差LPFなどを含む公知の色補間処理を施し、1画素当たり複数種類の色成分を有する出力画像を生成する。
第1実施形態では、副色成分(上記のR成分に対応)の画素数に低減した間引き画像(上記の1/4画像に対応)を生成する際に簡易補間を実施している。しかし、この簡易補間は、G成分のみを用いて補間G成分を生成する処理であり、R成分やB成分に生じている倍率色収差はそのまま保たれる。したがって、この種の間引き画像はRAWデータの倍率色収差を忠実に残す画像であり、この間引き画像から色ずれを検出することによって、RAWデータの倍率色収差を正確に検出できる。
第2実施形態は、請求項1,2,6,7,8に対応した実施形態である。
図5は、第2実施形態の動作を示す流れ図である。以下、図5に示すステップ番号に沿って説明する。
[ステップS12] コンピュータは、RAWデータのR画素位置に欠落するG成分を、右側の画素値Gで代用する。次に、コンピュータは、R画素位置に揃えたR成分およびG成分を抽出し、画素数1/4の画像(以下『1/4画像』という)を生成する。
第2実施形態は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第2実施形態では、第1実施形態に比べてG補間を省略する。その結果、第1実施形態よりも高速処理が可能となる。
第3実施形態は、請求項5に対応する実施形態である。
図6および図7は、この第3実施形態を説明する図である。
一般に、撮影光学系の光軸中心は、画像データの画面中心にほぼ位置する。そのため、通常は、画面中心に対して点対称に倍率色収差が生じる。
以下、この第3実施形態の動作を説明する。
右上:dx=−ke(x−xo)、dy=−kn(y−yo)
右下:dx=−ke(x−xo)、dy=−ks(y−yo)
左下:dx=−kw(x−xo)、dy=−ks(y−yo)
左上:dx=−kw(x−xo)、dy=−kn(y−yo)
ただし、(xo,yo)は画面中心である。
なお、この変位ベクトル(dx,dy)を求めた後の動作については、第1または第2実施形態と同様であるため、ここでの説明を省略する。
第4実施形態は、請求項9に対応する電子カメラの実施形態である。
図8は、本実施形態の構成を示すブロック図である。
図8において、電子カメラ11には、撮影レンズ12が装着される。この撮影レンズ12の像空間には、撮像素子13の受光面が配置される。この撮像素子13は、タイミングジェネレータ22bの出力パルスによって動作が制御される。
このバッファメモリ17は、バス18に接続される。このバス18には、画像処理部19、カードインターフェース20、マイクロプロセッサ22、圧縮伸張部23、および画像表示部24が接続される。この内、カードインターフェース20は、着脱自在なメモリカード21に対するデータの読み書きを行う。また、マイクロプロセッサ22には、電子カメラ11のスイッチ群22aからユーザー操作の信号が入力される。さらに、画像表示部24は、電子カメラ11の背面に設けられたモニタ画面25に画像を表示する。
このような構成の電子カメラ11は、マイクロプロセッサ22および/または画像処理部19によって、第1〜第3の実施形態の画像処理を実行する。
その結果、撮影レンズ12の倍率色収差の影響を軽減した画像データを、電子カメラ11内で作成することができる。
なお、上述した実施形態では、ソフトウェア処理により実現する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。同様の処理をハードウェア構成によって実現しても勿論よい。
12 撮影レンズ
13 撮像素子
16 信号処理部
17 バッファメモリ
18 バス
19 画像処理部
22 マイクロプロセッサ
Claims (9)
- 予め定められた配列パターンで複数種の色成分を画素配列してなるRAWデータを取り込む入力部と、
前記RAWデータに含まれる2種類の前記色成分について、相関を算出して色ずれ幅を検出し、前記色ずれ幅に基づいて前記画像を撮影した光学系の倍率色収差を求める検出部と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記検出部は、異なる画素位置に配された前記2種類の色成分について相関を算出し、相関結果から前記画素位置の間隔分を除いて色ずれ幅を求め、前記色ずれ幅に基づいて前記倍率色収差を求める
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記入力部は、前記2種類の一方の色成分を補間し、他方の色成分の画素位置に前記2種類の色成分を揃え、
前記検出部は、位置を揃えた前記2種類の色成分について、相関を算出して色ずれ幅を検出し、前記色ずれ幅に基づいて前記倍率色収差を求める
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項3に記載の画像処理装置において、
前記2種類の色成分は、配列密度のより高い主色成分と、配列密度のより低い副色成分とからなり、
前記入力部は、前記主色成分について補間を実施し、前記副色成分の画素位置に補間主色成分を生成し、
前記検出部は、前記補間主色成分と前記副色成分との相関から、前記色ずれ幅を検出する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記検出部は、
前記画像を分割領域に分けて動径方向の色ずれをそれぞれ検出し、隣接する分割領域間の色ずれをベクトル合成することにより、画面中心について点対称でない倍率色収差までも検出する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記検出部で求めた倍率色収差を打ち消す方向に、RAWデータの色成分間の倍率調整を行い、倍率調整後の色成分を求める補正部を備えた
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項6に記載の画像処理装置において、
前記補正部は、
倍率調整後の色成分に基づいて、各画素位置に複数種類の色成分を揃えた画像データを生成する
ことを特徴とする画像処理装置。 - コンピュータを、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の画像処理装置として機能させるための画像処理プログラム。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
被写体像を撮像してRAWデータを生成する撮像部とを備え、
前記撮像部で生成された前記RAWデータを前記画像処理装置で処理する
ことを特徴とする電子カメラ。
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