JP2006222537A - Image processing apparatus and its image processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子を用いた画像処理装置及び画像処理方法に関するものである。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method using an image sensor.
近年、半導体技術の進歩及び市場の拡大に対応して、画素数の多い撮像素子をより安価に入手できるようになってきた。また、ビデオカメラなどに使用される撮像素子も、小型化、多画素化へと向かっている。こうした状況の中、安価で高解像度、色再現の良い画像処理装置を作るための技術として、多板式より成る画像処理装置が提案されている。この画像処理装置は、複数の撮像素子から得られた各々の出力信号を信号処理回路で処理し、これによりカラー化された映像信号を得て高い色再現性を実現していた。(例えば文献1)
しかしながら、多画素化された撮像素子で読み取った全画素の情報をビデオレートで読み出す場合や、連写撮影等の能力を向上させる場合には、単一の読み出し回路で画素からの信号を読み出したのでは、その駆動周波数を高くする必要があり、高速にする為の回路部品コストが高くなり、その回路の消費電流も増大するといった問題が生じていた。 However, when reading the information of all pixels read by the image sensor with multiple pixels at the video rate, or when improving the capability of continuous shooting, etc., the signal from the pixel was read out with a single readout circuit In this case, it is necessary to increase the driving frequency, which raises the problem that the circuit component cost for increasing the speed is increased and the current consumption of the circuit is increased.
上記の問題を解決するために、本発明の画像処理装置は、複数の出力端子を備えた複数の撮像素子における出力端子間の出力された信号のばらつきを補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記複数の撮像素子からの信号を合成する合成手段とを有することを特徴とする。 In order to solve the above problem, an image processing apparatus according to the present invention includes a correction unit that corrects variation in output signals between output terminals in a plurality of imaging devices having a plurality of output terminals, and the correction unit. And a synthesizing unit that synthesizes the corrected signals from the plurality of image sensors.
また、本発明の画像処理方法は、複数の出力端子を持つ撮像素子を複数有する画像処理装置の画像処理方法であって、前記撮像素子における出力端子間の出力された信号のばらつきを補正する補正工程と、前記補正工程で補正された前記複数の撮像素子からの信号を合成する合成工程とを有することを特徴とする特徴とする。 The image processing method of the present invention is an image processing method of an image processing apparatus having a plurality of image pickup devices having a plurality of output terminals, and corrects variations in output signals between the output terminals of the image pickup device. And a synthesis step of synthesizing signals from the plurality of image sensors corrected in the correction step.
コストを増大させることなく、高速な読み出しと等価な方法を実現すると共に高画質の画像を得ることができる。 A method equivalent to high-speed reading can be realized and high-quality images can be obtained without increasing costs.
(実施例1)
図1は実施例1の構成を示すブロック図である。図において、100、200、300はそれぞれR、G、BのCCDエリアセンサで、その領域が2つに分割されている。101,102、201,202、301,302は光電変換部、103,104、203,204、303,304は水平転送部であり、それぞれのCCDエリアセンサ100、200、300の撮像領域の分割に対応して、それぞれ画面の略中心を境に左右に別々の映像信号を処理するように設けられている。
Example 1
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of the first embodiment. In the figure,
106,107、206,207、306,307はそれぞれCCDエリアセンサ100、200、300の左右の信号電荷を増幅して出力する出力アンプである。109,110、209,210、309,310は相関2重サンプリングとA/D変換を行うアナログフロントエンド、111,112、211,212、311,312は黒レベルの検出及び黒レベルの補正をおこなう黒レベル補正回路、113,114、213,214、313,314はレベルを調整するレベル補正回路、116、216,316は左右2チャンネル間の不均一性を検出するための段差評価値生成回路、117、217,317、は2系統の画像信号を合成して1枚の画像を生成する画面合成回路である。115、215、315は制御回路で、このビデオカメラ全体の動作を制御している。この制御回路115、215、315はマイクロコンピュータ等のCPUや、プログラム、データ等を格納しているプログラムメモリを備えている。118は信号処理部で、ここで処理された信号は出力端子(図示せず)から出力される。
次に本実施例の画像処理装置の動作について説明する。CCDエリアセンサ100、200、300上に結像された被写体像は、光電変換部101,102、201,202、301,302により電気信号に変換された後、水平転送部103,104、203,204、303,304により2系統に分割されて出力アンプ106,107、206,207、306,307に供給される。これら出力アンプ106,107、206,207、306,307は、CCDエリアセンサの左右の撮像領域に対応する信号電荷を電圧に変換し出力する。ここで出力アンプ106、206、306から得られる撮像信号をR,G,Bそれぞれの左チャンネル信号、107、207、307から出力される撮像信号をR,G,Bそれぞれの右チャンネル信号と呼ぶことにする。
Next, the operation of the image processing apparatus of this embodiment will be described. The subject images formed on the
これら左右チャンネル信号はそれぞれアナログフロントエンド109,110、209、210、309,310により相関2重サンプリング処理及びA/D変換された後、各CCDチャンネル信号毎に黒レベル補正部111、112、211、212、311、312に入力される。上記各チャンネルの黒レベル補正回路ではそれぞれ各チャンネル信号のうち、ダミー信号部分もしくは、オプティカルブラック信号部分を用いて、左右チャンネルの撮像信号の黒レベルがそれぞれディジタルデータの「0」と一致するように黒レベル補正が行われる。これにより、左右チャンネル信号間のオフセット成分の誤差が除去される。黒レベルが補正された後、レベル補正部113,114、213,214、313,314において、左右チャンネル信号のそれぞれに対して、入力信号に応じたゲインによるレベル補正が施される。このレベル補正時において適用されるゲインの値は、画像合成部117、217,317からの出力から、段差評価値生成部116,216,316で左右のレベル差を検出し、その結果を制御部115に送り、ディジタル演算により算出される。算出された補正データを基に、レベル補正部113,114,213,214,313,314においてレベル補正が行われる。これにより、左右チャンネルに対応する回路特性のバラツキや、経時変動、温度変動の影響を排除し、入力信号に対する出力レベルが一致するように補正が行われる。
These left and right channel signals are subjected to correlated double sampling processing and A / D conversion by
図2から図4は2系統間のゲイン差の補正の1例を示す図である。 2 to 4 are diagrams showing an example of correction of a gain difference between two systems.
図2AはCCD100の左チャンネルの信号入出力レベルを示し、図2Bは同様にCCD100の右チャンネルの信号入出力レベルを示している。入力光bに対する左チャンネルの出力信号レベルRbに対し、右チャンネルの出力信号レベルRb’は小さく、
Rb’=Rb×0.8
であったとする。このゲイン差は制御部115にて判別され、その結果、レベル補正部113には1.25倍のゲイン、レベル補正部114には1倍のゲインが与えられ、レベル補正の出力において、
Rb”=Rb
となり、左右の出力差が補正されて、CCD100の左右の出力差にともなう輝度の段差が補正され、117の画像合成部より出力される(図2C)。
2A shows the signal input / output level of the left channel of the
Rb ′ = Rb × 0.8
Suppose that This gain difference is discriminated by the
Rb ″ = Rb
Thus, the difference between the left and right output is corrected, the luminance level difference due to the left and right output difference of the
また、図3AはCCD200の左チャンネルの信号入出力レベルを示し、図3Bは同様にCCD200の右チャンネルの信号入出力レベルを示している。入力光aに対する左チャンネルの出力信号レベルGaは、右チャンネルの出力信号レベルGaと同じであったとする。この場合にはゲイン差がないと制御部215にて判別され、その結果レベル補正部213に1倍のゲイン、レベル補正部214に1倍のゲインが与えられ、ゲイン調整部の出力において、
Ga”=Ba
となり、CCD200の左右の出力217の画像合成部から出力される(図3C)。
3A shows the signal input / output level of the left channel of the
Ga ″ = Ba
Thus, the left and
次に、図4A,4B,4Cについて説明する。図4AはCCD300の左チャンネルの信号入出力レベルを示し、図4Bは同様にCCD300の右チャンネルの信号入出力レベルを示している。入力光aに対する左チャンネルの出力信号レベルBa’は、右チャンネルの出力信号レベルBaに対し小さく、
Ba’=Ba×0.8
であったとする。このゲイン差は制御部315にて判別され、その結果、レベル補正部313には1倍のゲイン、レベル補正部314には1.25倍のゲインが与えられ、ゲイン調整部の出力において、
Ba”=Ba
となり、左右の出力差が調整されて、CCD300の左右の出力差にともなう輝度の段差が補正され、317の画像合成部から出力される(図4C)。
Next, FIGS. 4A, 4B, and 4C will be described. 4A shows the signal input / output level of the left channel of the
Ba ′ = Ba × 0.8
Suppose that This gain difference is discriminated by the
Ba ″ = Ba
Thus, the difference between the left and right output is adjusted, and the luminance step due to the left and right output difference of the
その結果、生成される輝度信号は左右のレベル差及び黒レベル差が補正された信号となる。 As a result, the generated luminance signal is a signal in which the left and right level differences and the black level difference are corrected.
上述のように、撮像素子の領域を複数に分割して画像信号を出力することにより、読み出しの高速化を図ることができる。また、複数の出力部から読み出した信号を合成する前に出力部間の信号の補正を行うことにより、複雑な回路構成を必要とせずに高画質の画像を得ることが可能となる。 As described above, it is possible to speed up reading by dividing the area of the image sensor into a plurality of parts and outputting an image signal. Further, by correcting the signals between the output units before combining the signals read from the plurality of output units, it is possible to obtain a high-quality image without requiring a complicated circuit configuration.
(実施例2)
次に、実施例2について説明する。なお、実施例1と同様な部分については説明を省略する。
(Example 2)
Next, Example 2 will be described. Note that a description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
図5は実施例2の構成を示すブロック図である。CCD100及びCCD300と、CCD200は空間的に0.5画素ずらして配置されている。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment. The
また、図6は図5の中央部の拡大図である。図6から分かるように、CCD100及びCCD300と、CCD200を空間的に0.5画素ずらした結果、このまま出力して画像合成してしまうと、中央部の分割部も0.5画素分、空間的にずれてしまう。つまり、図9に示すようにRとBの中央部と、Gの中央部の2箇所で段差が発生し画質劣化が起こってしまう。そこで、本実施例では、このような2重の段差を発生させないために、まず、2系統に分割されて出力された信号の左右レベルの調整を行う。その後、各色の映像信号における画素間の情報を他の色の映像信号により補う。このように始めに2系統の出力に対してレベル調整を行っておくことにより、画質劣化を防止することが可能となる。
FIG. 6 is an enlarged view of the central portion of FIG. As can be seen from FIG. 6, if the
次に、本実施例の画像処理装置の詳しい動作を以下に説明する。CCDエリアセンサ100、200、300上に結像された被写体像は、光電変換部101,102、201,202、301,302により電気信号に変換された後、水平転送部103,104、203,204、303,304により2系統に分割されて出力アンプ106,107、206,207、306,307に供給される。これら出力アンプ106,107、206,207、306,307は、CCDエリアセンサの左右の撮像領域に対応する信号電荷を電圧に変換し出力する。
Next, detailed operation of the image processing apparatus according to the present embodiment will be described below. The subject images formed on the
出力アンプ106、206、306から得られる撮像信号である左チャンネル信号、107、207、307から出力される撮像信号である右チャンネル信号は、それぞれアナログフロントエンド109,110、209、210、309,310により相関2重サンプリング処理及びA/D変換された後、各CCDチャンネル信号毎に黒レベル補正部111、112、211、212、311、312に入力される。上記各チャンネルの黒レベル補正回路ではそれぞれ各チャンネル信号のうち、ダミー信号部分もしくは、オプティカルブラック信号部分を用いて、左右チャンネルの撮像信号の黒レベルがそれぞれディジタルデータの「0」と一致するように黒レベル補正が行われる。これにより、左右チャンネル信号間のオフセット成分の誤差が除去される。黒レベルが補正された後、レベル補正部113,114、213,214、313,314において、左右チャンネル信号のそれぞれに対して、入力信号に応じたゲインによるレベル補正が施される。
The left channel signal, which is an imaging signal obtained from the
このレベル補正時において適用されるゲインの値は、画像合成部117、217,317からの出力から、段差評価値生成部116,216,316で左右のレベル差を検出し、その結果を制御部115に送り、ディジタル演算により算出される。算出された補正データを基に、レベル補正部113,114,213,214,313,314においてレベル補正が行われる。これにより、左右チャンネルに対応する回路特性のバラツキや、経時変動、温度変動の影響を排除し、入力信号に対する出力レベルが一致するように補正が行われる。
As the gain value applied at the time of level correction, the level difference
そして、例えば、図7に示すように、RGB三原色の各色用のCCD撮像素子の画素ピッチの水平方向をdx、垂直方向をdyとすると、緑色(G)用のCCD撮像素子の各画素に対して、赤色(R)用と青色(B)用のCCD撮像素子の各画素を水平方向にdx/2と垂直方向にdy/2ずつずらして配置する。赤色用と青色用に対して緑色用のCCD撮像素子の画素をずらすのは、輝度信号を生成する際に緑色の映像信号と、赤色及び青色の映像信号の寄与率が同程度であるからである。そして、各色の映像信号の画素数を水平及び垂直方向にそれぞれ2倍に拡大させ全体で4倍の画素数とする補間処理を行う。この補間処理は、図8に示すように、隣接する4個の実画素S(1,1)〜S(2,2)に対して、これらの間に5個の画素Sa〜Seを補間する処理である。各画素Sa〜Seのサンプリング値は、4個の実画素(1,1)〜S(2,2)の各サンプリング値に基づいて数1の各演算を行うことにより計算する。
For example, as shown in FIG. 7, when the horizontal direction of the pixel pitch of the CCD image sensor for each of the three primary colors of RGB is dx and the vertical direction is dy, for each pixel of the green (G) CCD image sensor. Thus, the pixels of the red (R) and blue (B) CCD image sensors are arranged so as to be shifted by dx / 2 in the horizontal direction and dy / 2 in the vertical direction. The reason why the pixels of the CCD image sensor for green are shifted with respect to those for red and blue is that when the luminance signal is generated, the contribution ratios of the green video signal and the red and blue video signals are comparable. is there. Then, interpolation processing is performed to double the number of pixels of the video signal of each color in the horizontal and vertical directions so that the number of pixels is four times as a whole. As shown in FIG. 8, this interpolation processing interpolates five pixels Sa to Se between four adjacent real pixels S (1, 1) to S (2, 2). It is processing. The sampling value of each pixel Sa to Se is calculated by performing each calculation of
上記のようにして画素数を4倍にした各色の映像信号は、赤色と青色の映像信号の場合、図8に示した4個の実画素S(1,1)〜S(2,2)の中間に補間された画素Scの位置に緑色の映像信号の実画素が重ねて配置され、また、緑色の映像信号で補間された画素に対しても赤色と青色の映像信号の実画素が同様に重ねて配置される。従って、この空間斜め画素ずらし法は、各色の映像信号における画素間の情報を他の色の映像信号により補うことができるので、単に補間処理のみによって画素数を4倍に増加させた場合よりも水平及び垂直解像度を向上させることができる。 When the video signal of each color in which the number of pixels is quadrupled as described above is a red and blue video signal, the four actual pixels S (1,1) to S (2,2) shown in FIG. The actual pixel of the green video signal is arranged so as to overlap the position of the pixel Sc interpolated in between, and the real pixels of the red and blue video signals are the same for the pixel interpolated with the green video signal. Are placed on top of each other. Therefore, since this spatial diagonal pixel shifting method can supplement the information between pixels in each color video signal with the video signal of other colors, it is more than the case where the number of pixels is increased by a factor of 4 simply by interpolation processing. The horizontal and vertical resolution can be improved.
上述のように、撮像素子の領域を複数に分割して画像信号を出力することにより、読み出し速度の低速化を図ることができる。また、本実施例においては、CCD毎にそれぞれ111から117までと211から217までと311から317までのブロックにて、左右のレベル合わせ補正がされるため、図に示すように左右の画素分割領域での段差がそれぞれのCCDにて補正される。このため、生成された輝度信号には0.5画素分のずれが発生せず画質のよい画像を得ることができる。 As described above, the readout speed can be reduced by dividing the image sensor region into a plurality of regions and outputting image signals. In the present embodiment, the left and right pixel divisions are corrected in the blocks 111 to 117, 211 to 217, and 311 to 317 for each CCD, as shown in the figure. A step in the area is corrected by each CCD. For this reason, a deviation of 0.5 pixels does not occur in the generated luminance signal, and an image with good image quality can be obtained.
100、200、300 R、G、BのCCDエリアセンサ
101,102、201,202、301,302 光電変換部
103,104、203,204、303,304 水平転送部
106,107、206,207、306,307 出力アンプ
109,110、209,210、309,310 アナログフロントエンド
111,112、211,212、311,312 黒レベル補正回路
113,114、213,214、313,314 レベル補正回路
116、216,316 段差評価値生成回路
117、217,317 画面合成回路
115、215、315 制御回路
118 信号処理部
100, 200, 300 R, G, B
Claims (5)
前記補正手段により補正された前記複数の撮像素子からの信号を合成する合成手段とを有することを特徴とする画像処理装置。 Correction means for correcting variations in the output signal between the output terminals in a plurality of imaging devices having a plurality of output terminals;
An image processing apparatus comprising: combining means for combining signals from the plurality of image sensors corrected by the correcting means.
前記増幅手段は、前記撮像素子の各出力端子から出力される複数の信号をそれぞれ独立して増幅することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 Amplifying means for amplifying a signal from each imaging region corresponding to each output terminal;
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the amplifying unit amplifies a plurality of signals output from each output terminal of the image sensor independently.
前記撮像素子からの信号をA/D変換するA/D変換器と、
記録手段に前記補正手段から出力された信号を記録するように制御する記録制御手段と、を更に有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 An image sensor that receives light from a lens that forms an image;
An A / D converter for A / D converting a signal from the image sensor;
The image processing apparatus according to claim 1, further comprising: a recording control unit that controls the recording unit to record the signal output from the correcting unit.
前記撮像素子における出力端子間の出力された信号のばらつきを補正する補正工程と、前記補正工程で補正された前記複数の撮像素子からの信号を合成する合成工程とを有することを特徴とする特徴とする画像処理装置。 An image processing method of an image processing apparatus having a plurality of image sensors having a plurality of output terminals,
A correction step of correcting variation in the output signal between the output terminals of the image pickup device, and a combining step of combining signals from the plurality of image pickup devices corrected in the correction step. An image processing apparatus.
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