JP2007259335A - 画像処理方法及び画像処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率良くスミアのない手ぶれ補正画像を得る画像処理装置を提供する。
【解決手段】固体撮像素子から出力された複数の画像信号を記憶するメモリ12と、前記複数の画像信号から、各々の有効画素領域の手ぶれ補正情報と、各々の光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報と、を出力する検出手段13と、前記有効画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせる第1のぶれ補正手段14と、前記光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせる第2のぶれ補正手段15と、前記第1のぶれ補正手段14において重ね合わされた画像信号から、前記第2のぶれ補正手段15において重ね合わされた画像信号を減算処理する減算処理部16を備える画像処理装置である。
【選択図】図1

Description

本発明は、CCD撮像素子等の固体撮像素子を使用した画像処理方法及び画像処理装置に関する。
近年、デジタルスチルカメラを始めとする撮像装置が急速に普及し始めている。デジタル化による高画素処理が可能になったことから、従来難しかった各種の補正が行われるようになっている。例えば、手ぶれ補正もその一つである。手ぶれ補正は、手ぶれ現象を補正する補正手段である。手ぶれ現象とは、撮影者が撮像装置を手に持って狙っている被写体を撮影する場合、撮像装置の位置が安定せずにぶれる現象である。手ぶれ補正は、手ぶれによる画像の変動方向及び変動量を検出し、検出した変動方向及び変動量に応じて移動修正した画像を重ね合わせることにより画像のぶれを補正する。
一方、CCD撮像素子を使用した撮像装置では、CCD撮像素子特有の現象として、スミア現象による画質劣化が問題となっている。スミア現象は、夜間の撮影等で、ヘッドライト等高輝度の光が撮像装置に入射した場合、光を中心に上下方向に白っぽい筋が現れる現象である。このスミア現象の発生している映像を手ぶれ補正する場合、複数の画像を重ね合わせるため重ね合わせる枚数に比例してスミアが強く(濃く)なるという問題が生じる。図3は、手ぶれ補正のために重ね合わせた画像のスミア量を比較した図である。図3(a)は、画像の重ね合わせのないものであり、図3(b)は、4枚の画像を重ね合わせたものである。
図4は、従来の手ぶれ補正の処理の流れを示した図である。手ぶれ補正では、手ぶれによってずれた撮像画像を複数枚重ね合わせる。図4では、4枚の撮像画像201、202、203、204を重ね合わせて手ぶれ補正する。撮像条件によってその他の枚数を重ね合わせることも可能である。4枚の撮像画像は手ぶれのため、各々画像の変動方向及び変動量が異なる。4枚の画像には、各々にスミア201a、202a、203a、204aが発生している。各々のスミアの位置も各画像の変動方向及び変動量に従って、ずれている。4枚の画像は、上述した変動方向及び変動量に従って位置を補正して位置あわせし、重ね合わせることにより、手ぶれ補正後の画像230が得られる。この時、各画像に発生しているスミア現象も重ね合わされ、スミアの増幅された画像200が得られる。
手ぶれ補正時にスミアが増幅する現象に対し、スミアの影響を低減する方法が特許文献1に開示されている。特許文献1では、CCD撮像素子のOB(Optical Black)領域を利用してスミア減算処理を行うことでスミアの影響を低減している。CCD撮像素子のセンサー領域は、撮像領域である有効画素領域と光学的黒画素部分を備えている。光学的黒画素部分は、OB領域と呼ばれ、有効画素領域の垂直又は水平方向の黒基準を決めるために配置されている。OB領域には、画像信号は入力されず、CCD撮像素子のセンサー上に遮光膜を付けて遮光している部分にあたる。例えば、OB領域は、有効画素領域の上側垂直方向に12ライン分、又は有効画素領域の右側水平部分に40画素分の位置に配設されている。
有効画素領域にスミアが発生した場合、上側垂直方向のOB領域にもスミアは発生する。そして、OB領域から得られる撮像信号には、有効画素領域より得られる撮像信号と同じレベルでスミア信号が含まれている。スミア減算処理は、有効画素領域より得られる撮像信号から、OB領域より得られるスミア信号を減算し、スミアを改善する処理である。特許文献1では、スミア減算処理を行った画像を重ね合わせて手ぶれ補正することにより、スミアの影響を低減する技術を開示している。
図5を参照し、上述した画像処理方法について説明する。図5は、手ぶれ補正する画像からスミアの影響を除去する従来処理の流れを示した図である。図5では、図4と同様に4枚の有効領域画像301、302、303、304を重ね合わせて手ぶれ補正する。有効領域画像301、302、303、304は、各々にOB領域画像311、312、313、314を有している。4枚の有効領域画像には、スミア301a、302a、303a、304aが発生している。OB領域画像311、312、313、314にも、スミア311a、312a、313a、314aが発生している。
有効領域画像301のスミア301aが発生している水平方向の位置は、OB領域画像311のスミア311aが発生している水平方向の位置と同じである。これは、有効領域画像302〜304及びOB領域画像312〜314においても同様である。また、有効領域画像301より得られるスミア301aの信号レベルと、OB領域画像311aより得られるスミア311aの信号レベルは同等である。これは、スミア302a〜304a及びスミア312a〜314aにおいても同様である。
従って、有効領域画像301において、OB領域画像311に対するスミア311a位置と同じ位置に発生している撮像信号から、スミア311aの信号を減算することで、スミアの影響を低減した画像321が得られる。同様に、有効領域画像302〜304から、スミア312a〜314aの信号を減算することで、スミアの影響を低減したスミア減算画像322〜324を得ることが可能である。その後、スミア減算処理をしたスミア減算画像321〜324を重ね合わせることにより、手ぶれ補正後の画像330が得られ、スミアのない画像300が得られる。このように、スミアのある画像では、画像毎にスミア減算処理を実施した上で、重ね合わせることにより手ぶれ補正していた。
特開平07−67038号公報
しかしながら、発明者は従来技術には以下の課題があることを見出した。スミアのある画像を手ぶれ補正する場合、スミアの発生位置や濃度が画像毎に変化する。従来は画像毎にスミア減算処理を実施し、スミアの影響を低減した画像を重ねあわせることにより手ぶれ補正していた。しかし、このような方法では、重ね合わせ画像毎にスミア判定やスミア減算処理を行う必要があり、処理速度が遅くなるため非常に効率が悪かった。
本発明は、固体撮像素子から出力された複数の画像信号を記憶するメモリと、前記複数の画像信号から、各々の有効画素領域の手ぶれ補正情報と、各々の光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報と、を出力する検出手段と、前記有効画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせる第1のぶれ補正手段と、前記光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせる第2のぶれ補正手段と、前記第1のぶれ補正手段において重ね合わされた画像信号から、前記第2のぶれ補正手段において重ね合わされた画像信号を減算処理する減算処理部を備える画像処理装置である。
また、固体撮像素子から出力された複数の画像信号を記憶し、前記複数の画像信号から、各々の有効画素領域の手ぶれ補正情報と、各々の光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報と、を出力し、前記有効画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせ、前記光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせ、前記有効画素領域の画像信号を重ね合わせた画像信号から、光学的黒画素領域の画像信号を重ね合わせた画像信号を減算処理する画像処理方法である。
このように、手ぶれ補正情報に従って重ね合わせた光学的黒画素領域(OB領域)の画像信号を使用することにより、1回の減算処理でスミアのない手ぶれ補正画像を得ることができる。
以上のような構成により、スミアの発生した撮影画像を手ぶれ補正する効率の良い画像処理装置及び画像処理方法を提供することができる。
発明の実施の形態1.
以下に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。
図面を参照し、本実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る画像処理装置を示すブロック図である。画像処理装置10は、CCDセンサー11、RAM(Random Access Memory)12、手ぶれ量検出部13、有効画素領域ぶれ補正部14、OB領域ぶれ補正部15、スミア減算処理部16を備えている。
CCDセンサー11は、レンズにより結増された光学像を電気信号に変換する固体撮像素子を有している。レンズは、図示されていないが、CCDセンサー11の前段に配置され、被写体の光学像を結像するためのものである。CCDセンサー11は、2次元的に配列された複数の光電変換回路と、複数の光電変換回路の信号電荷を列方向に転送する垂直転送回路を有している。また、垂直転送回路により転送された行方向のそれぞれの電荷を転送する水平転送回路と、水平転送回路により転送された電荷を出力するための出力アンプとにより構成されている。
CCDセンサー11には、固体撮像素子の駆動回路も含まれている。この駆動回路は、例えばCCDを駆動するタイミングを作るタイミングジェネレータ(TG)回路と、TG回路で作られたタイミングパルスを固体撮像素子駆動用の電圧パルスに変換する固体撮像素子ドライブ回路を有している。また、CCDセンサー11には、固体撮像素子の出力をデジタル化するまでの前処理を行うアナログフロントエンド(AFE)回路も含まれている。AFE回路は、例えばCCD素子のリセットノイズや1/fノイズをキャンセルするための回路や、ゲイン回路、AD変換回路を有している。
RAM12は、CCDセンサー11から出力される手ぶれ補正に必要な複数の画像を記憶するためのメモリである。RAM12では、有効画素領域の情報だけでなく、スミア減算処理に必要なOB領域の情報も併せて保存する。
手ぶれ量検出部13は、被写体映像の動きから、撮影者が本撮像装置を手に持って撮影する場合に生じる手ぶれを検出し、手ぶれによる画像の変動方向及び変動量を検出する検出手段である。その変動方向及び変動量が、手ぶれを補正する補正方向及び補正量となる。撮影者の手ぶれによる映像の画郭変動を検出する手段としては、角度センサー等を用いて撮像装置自体の動き状態の変換を検出する方法もある。
手ぶれ量検出部13では、RAM12に格納された有効画素領域の信号データの変動方向及び変動量から、補正方向及び補正量を抽出する。補正方向及び補正量は、垂直方向及び水平方向の2つの補正情報に分解され出力される。同様に、手ぶれ量検出部13では、RAM12に格納されたOB領域の信号データの変動方向及び変動量から、補正方向及び補正量を抽出する。但し、OB領域の補正方向及び補正量については、水平方向の補正情報のみが出力される。
有効画素領域ぶれ補正部14は、撮像画像の有効画素領域に対する垂直方向及び水平方向両方の補正量に基づいて、手ぶれ補正を行う。有効画素領域ぶれ補正部14は、手ぶれ量検出部13にて垂直方向及び水平方向に分解し、出力された有効画素領域の信号データ補正情報を入力する。そして、各信号データの垂直方向及び水平方向の補正方向及び補正量に従って位置を補正する。そして、位置補正した複数の信号データを重ね合わせ、手ぶれ補正を実施する手ぶれ補正手段である。重ね合わせた信号データは、スミア減算処理部16に出力される。
OB領域ぶれ補正部15は、撮像画像のOB領域の水平方向補正量に基づいて、手ぶれ補正を行う。OB領域ぶれ補正部15は、手ぶれ量検出部13から出力されたOB領域の水平方向の信号データ補正情報を入力する。そして、各信号データの水平方向の補正方向及び補正量に従って、位置を補正する。そして、位置補正した複数の信号データを重ね合わせ、手ぶれ補正を実施する手ぶれ補正手段である。その結果、スミアもぶれ補正され、ぶれのない一本のスミアとなる。スミアを含む信号データは、スミア減算処理部16に出力される。
スミア減算処理部16は、有効画素領域ぶれ補正部14及びOB領域ぶれ補正部15から出力された信号データを用いて、減算処理を実施する。有効画素領域ぶれ補正部14から出力された信号データは、手ぶれ補正方向及び補正量に従って位置を補正された複数の画像を重ね合わせた手ぶれ補正データである。この手ぶれ補正データでは、スミア現象が発生している部分も重ね合わされている。OB領域ぶれ補正部15から出力された信号データは、手ぶれ補正方向及び補正量に従って位置を補正された複数のOB画像を重ね合わせた手ぶれ補正OBデータである。この手ぶれ補正OBデータにも、スミアが発生し、重ね合わされている。
ここで、手ぶれ補正データのスミア発生位置と手ぶれ補正OBデータのスミア発生位置は図示しない原点からの水平方向距離が同じである。また、手ぶれ補正データのスミア信号レベルと手ぶれ補正OBデータのスミア信号レベルは各水平画素位置において同等である。従って、手ぶれ補正データの各画素の信号レベルから、それぞれ同じ水平位置に相当する手ぶれ補正OBデータの信号レベルを減算処理することにより、スミア部分の信号が除去される。その結果、スミアのない手ぶれ補正画像が得られる。手ぶれ補正OBデータが複数ある場合には、予め1水平ライン分に縮小して減算処理に用いる。
図2を参照し、本実施形態に係る画像処理方法について説明する。図2は、手ぶれ補正する画像からスミアの影響を除去する処理の流れを示した図である。図2では、図4及び図5と同様に4枚の有効領域画像101、102、103、104を重ね合わせて手ぶれ補正する。撮像条件によってその他の枚数を重ね合わせることも可能である。有効領域画像101、102、103、104は、各々にOB領域画像111、112、113、114を有している。4枚の有効領域画像には、スミア101a、102a、103a、104aが発生している。OB領域画像111、112、113、114にも、スミア111a、112a、113a、114aが発生している。これらの画像は、CCDセンサー11によって撮像された画像をRAM12に記憶したものである。
ここで、有効領域画像101のスミア101aが発生している水平方向の位置は、OB領域画像111のスミア111aが発生している水平方向の位置と同じである。これは、有効領域画像102〜104及びOB領域画像112〜114においても同様である。また、有効領域画像101より得られるスミア101aの信号レベルと、OB領域画像111aより得られるスミア111aの信号レベルは同等である。これは、スミア102a〜104a及びスミア112a〜114aにおいても同様である。手ぶれ量検出部13では、RAM12に格納された有効画素領域画像の変動方向及び変動量から、垂直方向及び水平方向の補正方向及び補正量を算出し出力する。同様に、手ぶれ量検出部13では、RAM12に格納されたOB領域の変動方向及び変動量から、水平方向の補正方向及び補正量を算出し出力する。
4枚の有効領域画像101、102、103、104は、有効画素領域ぶれ補正部14にて、各々の変動方向及び変動量に従い垂直位置及び水平位置を補正し、位置あわせされ重ね合わされる。従って、手ぶれ補正後の画像130が得られる。また、4枚のOB領域画像111、112、113、114は、OB領域ぶれ補正部15にて、各々の変動方向及び変動量に従い水平位置を補正し、位置あわせされ重ね合わされる。従って、手ぶれ補正後のOB領域画像140が得られる。即ち、重ね合わせることにより、手ぶれ補正後の画像130、及びOB領域画像140が得られる。手ぶれ補正後の画像130のスミア130a及びOB領域画像140のスミア140aは、4枚分のスミア信号が積算された量に増幅されている。
4枚の有効領域画像101、102、103、104に発生するスミアの水平位置及び信号レベルと、各々の有効領域画像に対応するOB領域画像111、112、113、114の水平位置及び信号レベルは同等である。また、4枚の有効領域画像101、102、103、104の濃度と、各々の有効領域画像に対応するOB領域画像111、112、113、114の濃度は、同等である。従って、手ぶれ補正後の画像130におけるスミア信号の積算量は、OB領域画像140におけるスミア信号の積算量と同じである。
従って、スミア減算処理部16にて、手ぶれ補正後の画像130のスミア130aからOB領域画像140のスミア140aの信号レベルを減算することにより、スミアの影響を低減したスミアのない画像100が得られる。具体的には、画像130の各画素の信号レベルからOB領域画像140における対象画素と同じ水平座標に該当する画素の信号レベルをそれぞれ減算する。即ち、手ぶれ補正後の画像130のスミア130a位置及び信号レベルは、OB領域画像140のスミア140a位置及び信号レベルと同等のためである。従って、光源が動くことによりスミアが1本にならない場合でも同様に減算処理することが可能である。
このように、手ぶれ量検出の水平情報を基に重ね合わせた複数のOB領域画像のスミア信号を使用することにより、1回のスミア減算処理で有効画素領域のスミアを除去することができる。OB領域は、有効画素領域に対して非常にライン数が少なく小さい領域である。従って、OB領域の情報を重ね合わせて処理する方が、従来技術のように有効領域画像毎にスミア減算を施すよりも処理量の低減を図ることが可能である。
また、手ぶれに合わせてスミアの発生光源位置が動くため、光源位置のぶれに合わせてスミア発生位置が動く。即ち、手ぶれ補正量は、そのままスミア発生位置の補正量として使用することができる。基本的に、スミアは垂直方向に一様に発生する。従って、垂直方向のぶれの影響が除去できる。従って、水平方向の手ぶれ補正情報を流用することにより、特殊な装置や処理を追加することなく、複数画像のスミアを重ね合わせることができる。
また、OB領域にノイズが発生する場合、このノイズがスミア減算処理に悪影響を与え、適切な減算処理が行われなくなることがある。OB領域を垂直方向に加算平均することでノイズの影響を低減することができる。また、加算平均するライン数が多い程、ノイズ低減効果は高い。OB領域の情報は遮光されているため、シャッター速度に因らない。従って、OB領域を重ね合わせることはすなわちOB領域のライン数が重ね合わせする画像枚数分増すことと同じ効果があり、よりノイズ低減効果が高くなる。
以上のような構成により、スミアの発生した手ぶれ補正は、スミア発生位置が異なる複数画像を重ね合わせたとしても、1回のスミア減算処理でスミアを軽減できる。従って、従来のように撮像画像毎にスミア減算処理を行うよりも高速に画像処理することができる。
また、以上のような構成により、スミアの発生した手ぶれ補正は、OB領域のスミア情報の重ね合わせと、手ぶれ補正情報の一部を流用することで実現できる。即ち、手ぶれ量検出装置を追加したり、手ぶれ量検出のための処理時間を費やしたりする必要はなく、高速且つ低コストで実現することができる。
また、以上のような構成により、スミアの発生した手ぶれ補正では、OB領域の重ね合わせにより、スミア減算処理用のOB領域情報に対してノイズを低減する効果がある。従って、スミア減算処理時の画質が向上する。
なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。従って、デジタルスチルカメラに限らず、CCD撮像素子を使用する画像処理装置及び画像処理方法に使用することが可能である。
本実施形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る画像処理方法の処理の流れを示す図である。 手ぶれ補正時の画像重ね合わせによるスミア増加の撮影画像を比較した図である。 従来技術に係るスミア減算処理のない場合の画像処理方法の処理の流れを示す図である。 従来技術に係るスミア減算処理のある場合の画像処理方法の処理の流れを示す図である。
符号の説明
1 画像処理装置、
11 CCDセンサー、 12 RAM、
13 手ぶれ量検出部、 14 有効画素領域ぶれ補正部、
15 OB領域ぶれ補正部、16 スミア減算処理部、
17 信号処理部、 18 制御部、
101、102、103、104 有効領域画像、
101a、102a、103a、104a スミア、
111、112、113、114 OB領域画像、
111a、112a、113a、114a スミア、
130 手ぶれ補正後の画像、
130a 重ね合わせ後のスミア、
140 手ぶれ補正後のOB画像、
140a 重ね合わせ後のスミア、
100 スミアのない画像、
201、202、203、204 有効領域画像、
201a、202a、203a、204a スミア、
230 手ぶれ補正後の画像、
230a 重ね合わせ後のスミア、
200 スミアのない画像、
301、302、303、304 有効領域画像、
301a、302a、303a、304a スミア、
311、312、313、314 OB領域画像、
311a、312a、313a、314a スミア、
321、322、323、324 スミア減算処理後の画像
330 手ぶれ補正後の画像、
330a 重ね合わせ後のスミア、
300 スミアのない画像、

Claims (8)

  1. 固体撮像素子から出力された複数の画像信号を記憶するメモリと、
    前記複数の画像信号から、各々の有効画素領域の手ぶれ補正情報と、各々の光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報と、を出力する検出手段と、
    前記有効画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせる第1のぶれ補正手段と、
    前記光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせる第2のぶれ補正手段と、
    前記第1のぶれ補正手段において重ね合わされた画像信号から、前記第2のぶれ補正手段において重ね合わされた画像信号を減算処理する減算処理部を備える画像処理装置。
  2. 前記第1のぶれ補正手段から出力される画像信号は、有効画素領域の水平方向及び垂直方向の手ぶれ情報に基づいて重ね合わされた画像信号であり、
    前記第2のぶれ補正手段から出力される画像信号は、光学的黒画素領域の水平方向の手ぶれ情報に基づいて重ね合わされた画像信号である請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記減算処理部は、前記第1のぶれ補正手段で重ね合わせた画像信号から、前記第2のぶれ補正手段で重ね合わされた画像信号を1度に減算処理する請求項1又は2に記載の画像処理装置。
  4. 前記第2のぶれ補正手段で重ね合わされた光学的黒画素領域の各画像信号は、重ね合わせにより垂直方向に加重平均される請求項1乃至3に記載の画像処理装置。
  5. 固体撮像素子から出力された複数の画像信号を記憶し、
    前記複数の画像信号から、各々の有効画素領域の手ぶれ補正情報と、各々の光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報と、を出力し、
    前記有効画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせ、
    前記光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報に従って、各画像信号を重ね合わせ、
    前記有効画素領域の画像信号を重ね合わせた画像信号から、光学的黒画素領域の画像信号を重ね合わせた画像信号を減算処理する画像処理方法。
  6. 前記有効画素領域の手ぶれ補正情報に従って重ね合わせた画像信号は、該有効画素領域の水平方向及び垂直方向の手ぶれ情報に基づいて重ね合わせ、
    前記光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報に従って重ね合わせた画像信号は、該光学的黒画素領域の水平方向の手ぶれ情報に基づいて重ね合わせたことを特徴とする請求項5に記載の画像処理方法。
  7. 前記有効画素領域の手ぶれ補正情報に従って重ね合わせた画像信号から、前記光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報に従って重ね合わせた画像信号を1度に減算処理することを特徴とする請求項5又は6に記載の画像処理方法。
  8. 前記光学的黒画素領域の手ぶれ補正情報に従って重ね合わせた画像信号は、重ね合わせにより垂直方向に加重平均される請求項5乃至7に記載の画像処理方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101242542B (zh) * 2008-02-26 2010-04-21 北京中星微电子有限公司 一种图像坏点检测方法与装置
JP2012142853A (ja) * 2011-01-05 2012-07-26 Nikon Corp 撮像装置および画像処理制御プログラム

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