JP2006094194A - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 回路規模の増大を招くことなく、カラーフィルタの配列方式が異なる撮像素子により得られた画素データに対する信号処理が適切に行える信号処理装置及び信号処理方法を提供する。
【解決手段】 カラーフィルタが所定の配列方式で各受光素子に対応して設けられた撮像素子により得られた画素データ群に対して所定の信号処理を施すに際し、前記撮像素子のカラーフィルタの配列方式が前記予め定められたカラーフィルタの配列方式と異なる場合には前記画素データ群に対して予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する画素データ群への変換を行ってから前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す一方、他の場合には前記変換を行わずに前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す。
【選択図】 図1

Description

本発明は、カラーフィルタが所定の配列方式で各受光素子に対応して設けられた撮像素子により得られた画素データ群に対して所定の信号処理を施す信号処理装置及び信号処理方法に関する。
従来、デジタルカメラ、スキャナ、コピー機等の画像情報取得装置においては、被写体や原稿を示す画像情報を取得するために、CCD(電荷結合素子)、CMOSイメージ・センサ等の撮像素子が広く用いられている。
この種の画像情報取得装置では、カラー画像情報を得るために、撮像素子に設けられた複数の受光素子にR(赤)、G(緑)、B(青)の何れかのカラーフィルタを設け、各受光素子毎の画素信号を読みだすことによりカラー画像情報を取得する単板式を用いたものや、R、G、Bの画像情報をそれぞれ1つの撮像素子により取得する3板式を用いたもの等がある。
ここで、単板式では、各受光素子からはそれぞれ何れか1色の色信号しか得られないため、当該受光素子が対応する画素の他の色の色信号は、当該色に対応する周辺の受光素子から得られた色信号を用いて補間することで、画素単位のカラー画像情報を取得するようにしている。このため、3板式と比較して解像度は低いが、カラー画像を示す画像情報が低価格で取得可能であるという利点がある。
現在、単板式を用いた画像情報取得装置に搭載される撮像素子のカラーフィルタの配列は、ベイヤー配列、RGBストライプ配列、ハニカム配列等、種々提案されており、当該カラーフィルタの配列によって、上記補間等の処理内容が異なる。
従来、ベイヤー配列のCCDを備えた撮像装置において、CCDドライバにより通常の読み出しと、垂直方向の2画素に関する加算読み出しの2つの読み出しを実行可能とし、加算読み出しを行った場合、読み出した画素信号に対して水平方向に1画素おきの2画素の加算処理を実行することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、Gストライプ又はベイヤー配列のCCDを備えた撮像装置において、CCDの画素配列を変更することなく表示装置の解像度に応じた画素数の画像信号を取得すべく、CCDを駆動するタイミングジェネレータのクロックを表示装置の解像度に合わせて奇数分の1の周波数に分周して同期信号として信号処理部に入力することにより、画素数が奇数分の1に間引かれた画像信号を取り込むことが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
さらに、撮像素子の撮像面に入射する光束をシフトさせる画素ずらしを行うと共に加算回路を用いて、少ないメモリ容量で実際の撮像素子の整数倍の画素数を有する撮像素子により得られる画素データと等価の画素データの空間的配置に等しくなるようにすることも提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
特開2001−292376公報 特開2000−224604公報 特開平11−18097号公報
ところで、近年、画像情報取得装置の低価格化に対応するために、異なるカラーフィルタの配列方式、例えばハニカム配列のCCDとベイヤー配列のCCDの両方の色信号処理を1つの処理系(例えばLSI)で実現し、当該処理系を、異なるカラーフィルタの配列方式が採用された画像情報取得装置で共通に使用可能にすることが望まれている。
しかしながら、カラーフィルタの配列方式によって処理系に入力される画素色順が異なるため、上記従来の技術では、例えばハニカム配列とベイヤー配列とで別々の信号処理回路が必要とされ、配列に応じた数の信号処理回路をそれぞれ設けなければならず、処理系の回路規模が増大し、かえってコストが高くなってしまう、という問題点があった。
本願発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、回路規模の増大を招くことなく、カラーフィルタの配列方式が異なる撮像素子により得られた画素データに対する信号処理が適切に行える信号処理装置及び信号処理方法を提供することが目的である。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、カラーフィルタが所定の配列方式で各受光素子に対応して設けられた撮像素子により得られた画素データ群に対して所定の信号処理を施す信号処理装置であって、前記画素データ群を予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した画素データ群に変換する変換手段と、前記撮像素子に設けられたカラーフィルタの配列方式を設定するための設定手段と、前記設定手段により設定されたカラーフィルタの配列方式が前記予め定められたカラーフィルタの配列方式と異なる場合には前記変換手段により変換された画素データ群を選択し、他の場合には前記撮像素子により得られた画素データ群を選択する選択手段と、前記選択手段により選択された画素データ群に対して、前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す信号処理手段と、を備えている。
請求項1記載の発明によれば、変換手段により、前記画素データ群が予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する画素データ群に変換され、設定手段により、前記撮像素子に設けられたカラーフィルタの配列方式が設定されて、選択手段では、前記設定手段により設定されたカラーフィルタの配列方式が前記予め定められたカラーフィルタの配列方式と異なる場合には前記変換手段により変換された画素データ群が選択されると共に、他の場合には前記撮像素子により得られた画素データ群が選択され、この選択された画素データに対して、信号処理手段により前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理が施される。
すなわち、本発明では、撮像素子から各受光素子の信号を読み出した場合、カラーフィルタの配列方式によって得られる画素データ群の画素配列が異なるが、得られた画素データ群を変換手段により予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する画素配列の画素データ群に変換することができるので、複数の配列方式の撮像素子により得られた画素データ群に対する所定の信号処理を、単一の信号処理手段により適切に行うことができる。
このように、請求項1記載の信号処理装置では、画素データ群の配列方式を変換する変換手段を設けることによって、複数の配列方式の撮像素子により得られた画素データ群に対して共通の信号処理手段により信号処理を施すことが可能となるので、配列方式の数だけ信号処理手段を設ける場合と比較して回路規模の増大を招くことなく、カラーフィルタの配列方式が異なる撮像素子により得られた画素データ群に対する信号処理を適切に行うことができる。
本発明は、請求項2記載の発明のように、変換手段を、前記撮像素子により得られた画素データ群のうち、隣接する同色のフィルタに対応する複数の画素データを用いた補間演算により前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する各画素の画素データを導出することにより前記変換を行うものとすることができる。
請求項2記載の発明によれば、補間演算を行うための回路構成は、画素データ群に各種の信号処理を施す回路と比較して回路規模が小さくてすむので、回路規模の増大を招くことがない。
なお、このように補間演算により画素データ群の配列方式を変換する場合、補間演算の実行回数が最も少なくなるように補間演算を実行することにより、さらに回路規模を小さくでき、また、当該変換に要する時間を短くすることができるので、当該変換による処理速度の低下を抑制することができる。
一方、上記目的を達成するために、請求項3記載の発明は、カラーフィルタが所定の配列方式で各受光素子に対応して設けられた撮像素子により得られた画素データ群に対して所定の信号処理を施す信号処理方法であって、前記撮像素子のカラーフィルタの配列方式が前記予め定められたカラーフィルタの配列方式と異なる場合には前記画素データ群に対して予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する画素データ群への変換を行ってから前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す一方、他の場合には配列方式の変換を行わずに前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施すものである。
請求項3記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と略同様に作用するので、回路規模の増大を招くことなく、カラーフィルタの配列方式が異なる撮像素子により得られた画素データに対する信号処理を適切に行うことができる。
以上のように、本発明によれば、カラーフィルタが所定の配列方式で各受光素子に対応して設けられた撮像素子により得られた画素データ群に対して所定の信号処理を施すに際し、前記撮像素子のカラーフィルタの配列方式が前記予め定められたカラーフィルタの配列方式と異なる場合には前記画素データ群に対して予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する画素データ群への変換を行ってから前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す一方、他の場合には前記変換を行わずに前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施すようにしているので、回路規模の増大を招くことなく、カラーフィルタの配列方式が異なる撮像素子により得られた画素データに対する信号処理が適切に行える、という優れた効果を有する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、図1を参照して、本実施の形態に係るデジタルカメラ10の電気系の要部構成を説明する。
デジタルカメラ10は、被写体像を結像させるためのレンズを含んで構成された光学ユニット12と、光学ユニット12の光軸上に配設された電荷結合素子(以下、「CCD」という。)14と、デジタルカメラ10全体の制御を司る制御部20と、信号処理部36と、を含んで構成されている。
光学ユニット12は、複数枚のレンズを有し、焦点距離の変更(変倍)が可能なズームレンズとして構成されており、図示しないレンズ駆動機構を備えている。光学ユニット12は、当該レンズ駆動機構を駆動させるためのモータ駆動部15を介して制御部20に接続されており、これにより、レンズ駆動機構は制御部20の制御によりモータ駆動部15から入力される駆動信号によって駆動される。なお、レンズ駆動機構には、焦点調整モータ、ズームモータ、絞り駆動モータ等が含まれる。
CCD14は、複数の受光素子が2次元配置された所謂エリアセンサとして構成されており、光学ユニット12により調整された被写体像が受光面に入射されると、各受光素子により光の入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。また、各受光素子には、R(赤)、G(緑)、B(青)の何れかの色のカラーフィルタがそれぞれ設けられており、単一のCCDでR、G、Bの3色の色信号を得る単板式でカラー画像信号を得る構成とされている。
同図に示されるように、CCD14は、タイミングジェネレータ16を介して制御部20に接続されている。タイミングジェネレータ16では、制御部20の制御下において、主としてCCD14の各受光素子に蓄積された信号電荷の読み出し等に用いられるタイミング信号の生成及びCCD14への供給が行われる。
さらに、CCD14は、アナログ/デジタル変換器(以下、「A/D変換器」という。)18を介して制御部20に接続されており、CCD14から出力された被写体像を示すアナログの画素信号は、A/D変換器18によりデジタルの画素データに変換された後に制御部20に入力される。
また、信号処理部36も制御部20に接続されており、制御部20では、信号処理部36により、A/D変換器18から入力された画素データに対する各種の信号処理を行う。
一方、デジタルカメラ10には、撮影された被写体像やメニュー画面等を表示するための液晶ディスプレイ(以下、「LCD」という。)42と、デジタルカメラ10の電源をON/OFFさせるための電源スイッチ44と、撮影を実行する際に押圧操作されるシャッターボタン46と、が備えられている。
また、同図に示されるように、デジタルカメラ10にはメモリ40が備えられており、制御部20に接続されている。制御部20では、シャッターボタン46の押圧操作に応じて、CCD14により取得されて信号処理部36によって各種信号処理が施されて生成された画像データのメモリ40への記憶が行われる。
ここで、上記信号処理部36は、上述したカラーフィルタがハニカム配列であるCCDにより得られた画素データにのみ対応している。
図2は、CCDに設けられるカラーフィルタの配列方式の一例を示す模式図であり、図2(A)にはハニカム配列が、図2(B)にはベイヤー配列が、それぞれ示されている。なお、同図において、各画素70を示す矩形内のR/G/Bは各画素70に対応して設けられたカラーフィルタの色を表している。
図2(A)に示されるように、ハニカム配列のCCD14は、各受光素子が蜂の巣状に配列されており、ある行にはGのみ、次の行にはBRBR…、次の行にはGのみ、次の行にはRBRB…というように各色のカラーフィルタが配置されているかの如く、各受光素子70の信号が読み出される。
一方、図2(B)に示されるように、ベイヤー配列のCCD14は、各受光素子70が二次元配置され、ある行にはRGRG…、次の行にはGBGB…というように各色のカラーフィルタが配置されているかの如く、各受光素子70の信号が読み出される。
このように、ハニカム配列のCCDとベイヤー配列のCCDとでは、各受光素子70の配設位置及びカラーフィルタの配列が異なるので、それぞれのCCDにより得られた画素データからなる画素データ群に対する信号処理の手法も異なる。
一方、デジタルカメラ10には、CCD14により得られた画素データ群の画素配列を信号処理部36が対応する画素配列に変換する画素配列変換部32及びデジタルカメラ10に搭載されているCCD14により得られる画素データ群の画素配列を設定するためのCCD配列設定部38が設けられており、それぞれ制御部20に接続されている。
なお、本実施の形態では、上記CCD14として、各受光素子に設けられるカラーフィルタの配列がハニカム配列のCCD又はベイヤー配列のCCDを適用可能とする場合について説明する。
図3には、画素配列変換部32で行われる画素配列の変換方法が示されている。同図に示されるように、ベイヤー配列のCCDにより取得された画素データ(a)の各色の画素データのうち、ハニカム配列における各色の画素データに最も近い4つの画素データを用いて、補間演算を行なうことにより変換後の画素データが導出され、ハニカム配列のCCDにより取得されたものと等価の画素データ(h)が得られる。
(G画素の補間演算)
G画素の数は上述した何れの画素配列においても、R画素の数、B画素の数よりも多い。また、ベイヤー配列の画素データ(a)においては上下左右方向に1画素おきに配列されており(同図の(b)も参照)、ハニカム配列の画素データ(h)においては、G画素のみが1列毎に配列されている。
このため、ベイヤー配列のG画素の画素データをそのまま活かし、同図の(b)に示されるように、互いに1つの画素Gを囲むように上下左右に位置するG画素(G1〜G4)を用いた補間演算によりハニカム配列のG画素の画素データを導出することを全ての画素について行うことにより、同図の(c)に示すようなG画素の画素データが得られ、最も効率よく変換を行うことができる。この場合の補間演算は、以下に示す(1)式により示される。
G=(G1+G2+G3+G4)/4 ・・・ (1)
すなわち、同図の(b)に示されるように、画素Gと、画素G1、G2、G3及びG4との距離は全て等しいので、画素G1〜G4の和をこれらの画素の数4で割ることにより、画素Gの画素データを導出することができる。
(R画素及びB画素の補間演算)
上述したように、本実施の形態ではG画素の画素データを活かして変換を行うようにしているため、R画素及びB画素のデータについては本来ベイヤー配列では画素が設けられていない位置の画素データを導出しなければならない。
そこで、画素データを導出したい位置に最も近い4つの画素の画素データを用い、Ra、Rb、Ba、Bbの画素データを補間演算により導出する必要がある。この場合の補間演算は、それぞれ以下に示す(2)式〜(5)式により示される。
Ra=(4×R1+2×R2+2×R3+R4)/9 ・・・ (2)
Rb=(R1+2×R2+2×R3+4×R4)/9 ・・・ (3)
Ba=(2×B1+B2+4×B3+2×B4)/9 ・・・ (4)
Bb=(2×B1+4×B2+B3+2×B4)/9 ・・・ (5)
すなわち、画素データを導出したい位置と補間演算に用いる画素との距離に応じて、距離が遠くなるほど小さくなるように予め定められた重み付けが加味されており、これによって、補間演算により導出したい画素と各画素との距離が互いに異なる場合であっても、導出したい位置に対応する画素の画素データを適切に導出することが可能である。
なお、(2)式〜(5)式における重み付けは一例であり、適宜適切な重み付けを適用することができる。
一方、CCD配列設定部38では、デジタルカメラ10の製造工程や部品交換におけるCCD14の組み付け時等に、デジタルカメラ10に適用したCCD14の配列が設定されるようになっている。
図4には、本実施の形態に係るCCD14により得られた信号の流れに関する機能ブロック図が示されている。
まず、CCD14から読み出されたアナログの画素信号はA/D変換部18によりデジタルの画素データに変換される。
一方、選択部22では、CCD配列設定部38により設定されたCCD配列に応じて、画像データに対して画素配列変換部32を用いた画素配列の変換を実行するか否かが選択されるようになっており、画素配列変換部32を介して画素配列が変換された画素データ、又は画素配列が変換されていない画素データが、信号処理部36に入力される。なお、同図に示す選択部22は、制御部20がその役割を担っている。
信号処理部36では、ハニカム配列のCCDにより得られた画素データに対応する各種の信号処理が施される。
すなわち、CCD14としてベイヤー配列のCCDが適用されている場合、選択部22により、画素配列変換部32で変換されたハニカム配列の画素データが信号処理部36に入力される。一方、CCD14としてハニカム配列のCCDが適用されている場合、選択部22により、画素配列が変換されていない画素データが信号処理部36に入力される。
以下、本実施の形態の作用を説明する。
本実施の形態に係るデジタルカメラ10は、電源がOFFとされた状態でユーザによって電源ボタン44が操作されることにより起動する。その後、ユーザによって、シャッターボタン46が押圧操作されると、CCD14から各画素70の信号が順次読み出され、読み出された各画素信号は、A/D変換器18によりデジタル画素データに変換される。このデジタル画素データは、画素配列変換部32を介して、又は画素配列変換部32を介さずに、信号処理部36に入力され、ハニカム配列の画素データに対する各種の信号処理が施される。これにより、撮像画像を表す画像データが生成され、制御部20を介してメモリ40に記憶される。
図5は、デジタルカメラ10において常時実行される、CCD14により取得された画素信号に対する処理を信号の流れに沿って示すフローチャートであり、以下、同図を参照して本実施の形態に係る信号の流れについて説明する。
なお、デジタルカメラ10の製造工程等において、予め当該デジタルカメラ10に組み付けられたCCDの配列(ベイヤー配列、ハニカム配列)がCCD配列設定部38により設定されているものとして説明する。
CCD14の各受光素子から順次読み出された画素信号(ステップ100)は、A/D変換によりアナログ画素信号からデジタル画素データに変換される(ステップ102)。
当該画素データに対する処理は、CCD配列設定部38により設定されているCCD配列がハニカム配列を示すものであるか否かによって異なり(ステップ104)、CCD14の画素配列がベイヤー配列である場合は、画素データを画素配列変換部32によりハニカム配列の画素データに変換され(ステップ106)、その後にハニカム配列の画素データに対応する信号処理が施される(ステップ108)。
一方、CCD14の画素配列がハニカム配列である場合は、画素配列の変換が施されることなくハニカム配列の画素データに対応する信号処理が施される(ステップ108)。
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、カラーフィルタが所定の配列方式で各受光素子に対応して設けられた撮像素子により得られた画素データ群に対して所定の信号処理を施すに際し、前記撮像素子のカラーフィルタの配列方式が前記予め定められたカラーフィルタの配列方式と異なる場合には前記画素データ群に対して予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する画素データ群への変換を行ってから前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す一方、他の場合には前記変換を行わずに前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施すようにしているので、回路規模の増大を招くことなく、カラーフィルタの配列方式が異なる撮像素子により得られた画素データに対する信号処理が適切に行える。
なお、本実施の形態では、信号処理部36を、ハニカム配列とベイヤー配列とで共通使用可能に構成した形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、カラーフィルタの配列方式の種類は、RGBストライプ配列等を適宜設定しうる。また、これらを適宜組み合わせることもできる。なお、3種類以上組み合わせた場合、配列によって画素配列の変換手順が異なるので、それぞれの配列の画素データを予め定められた配列の画素データに変換するための画素変換部を1つづつ設けるなど、適宜対応可能な構成とする必要がある。
なお、本実施の形態で説明したデジタルカメラ10の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
また、本実施の形態で示した画素配列の変換方法(図3、(1)式〜5(式)参照)も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
実施の形態に係るデジタルカメラ10の電気系の要部構成を示すブロック図である。 CCDに設けられるカラーフィルタの配列方式の一例を示す模式図であり、(A)はハニカム配列を、(B)はベイヤー配列を、それぞれ示している。 実施の形態に係る画素配列の変換方法を示す説明図である。 実施の形態に係るCCDにより得られた信号の流れに関する機能ブロック図である。 実施の形態に係る信号の流れを示すフローチャートである。
符号の説明
10 デジタルカメラ
12 光学ユニット
14 CCD(撮像素子)
15 モータ駆動部
16 タイミングジェネレータ
18 A/D変換器
20 制御部
22 選択部(選択手段)
32 画素配列変換部(変換手段)
36 信号処理部(信号処理手段)
38 CCD配列設定部(設定手段)
40 メモリ
44 電源ボタン
46 シャッターボタン
70 受光素子

Claims (3)

  1. カラーフィルタが所定の配列方式で各受光素子に対応して設けられた撮像素子により得られた画素データ群に対して所定の信号処理を施す信号処理装置であって、
    前記画素データ群を予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する画素データ群に変換する変換手段と、
    前記撮像素子に設けられたカラーフィルタの配列方式を設定するための設定手段と、
    前記設定手段により設定されたカラーフィルタの配列方式が前記予め定められたカラーフィルタの配列方式と異なる場合には前記変換手段により変換された画素データ群を選択し、他の場合には前記撮像素子により得られた画素データ群を選択する選択手段と、
    前記選択手段により選択された画素データ群に対して、前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す信号処理手段と、
    を備えた信号処理装置。
  2. 前記変換手段は、前記撮像素子により得られた画素データ群のうち、隣接する同色のフィルタに対応する複数の画素データを用いた補間演算により前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する各画素の画素データを導出することにより前記変換を行う
    請求項1記載の信号処理装置。
  3. カラーフィルタが所定の配列方式で各受光素子に対応して設けられた撮像素子により得られた画素データ群に対して所定の信号処理を施す信号処理方法であって、
    前記撮像素子のカラーフィルタの配列方式が前記予め定められたカラーフィルタの配列方式と異なる場合には前記画素データ群に対して予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応する画素データへの変換を行ってから前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す一方、
    他の場合には前記変換を行わずに前記予め定められたカラーフィルタの配列方式に対応した所定の信号処理を施す
    信号処理方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010041612A (ja) * 2008-08-07 2010-02-18 Mega Chips Corp 画像処理装置
US9094566B2 (en) 2012-11-12 2015-07-28 Sony Corporation Signal processing circuit, imaging device, and program

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