JP2007282109A - 撮像装置、カメラおよび画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】異なる分光感度特性を有する複数の撮像用画素を規則的に配列した画素ユニットを二次元状に複数配列するとともに、この配列中に画素ユニットのすべての分光感度を包含する感度を有する焦点検出用画素を有する撮像素子を備え、焦点検出用画素の周辺の撮像用画素の内、配置密度の高い撮像用画素の出力に基づいて配置密度の低い撮像用画素の出力を補正し、補正した配置密度の低い撮像用画素の出力に基づいて焦点検出用画素の位置における画像の出力を推定する。
【選択図】図7
Description
(2) 請求項2の撮像装置は、撮像用画素の配置密度が分光感度特性ごとの撮像用画素の配置密度である。
(3) 請求項3の撮像装置は、画素ユニットを、赤色、緑色および青色に感度を有する3種類の画素をベイヤー配列としたものである。
(4) 請求項4の撮像装置は、撮像素子上の青色と緑色に感度を有する撮像用画素が直線状に配列された行または列に相当する位置に焦点検出用画素を配列したものである。
(5) 請求項5の撮像装置の撮像用画素と焦点検出用画素は、マイクロレンズと光電変換部を有する。
(6) 請求項6の撮像装置の焦点検出用画素は、撮影光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束によって形成される一対の像を検出する。
(7) 請求項7の撮像装置は、配置密度の低い撮像用画素の近傍にある配置密度の高い撮像用画素の出力と、配置密度の低い撮像用画素より焦点検出用画素に近い位置にある配置密度の高い撮像用画素の出力とに基づいて、配置密度の低い撮像用画素の出力を焦点検出用画素の近傍の画素の出力に換算し、換算した画素出力に基づいて焦点検出用画素の位置における画像の出力を推定するようにしたものである。
(8) 請求項8の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の撮像装置を備えたカメラである。
(9) 請求項9の発明は、異なる分光感度特性を有する複数の撮像用画素を規則的に配列した画素ユニットを二次元状に複数配列するとともに、この配列中に画素ユニットのすべての分光感度を包含する感度を有する焦点検出用画素を備えた撮像素子の画像処理方法であって、焦点検出用画素の周辺の撮像用画素の内、配置密度の高い撮像用画素の出力に基づいて配置密度の低い撮像用画素の出力を補正し、補正した配置密度の低い撮像用画素の出力に基づいて焦点検出用画素の位置における画像の出力を推定する。
C(L)=Σ|e(i+L)−fi| ・・・(1)
(1)式において、Lは整数であり、一対のデータの検出ピッチを単位とした相対的シフト量である。また、Lのとる範囲はLmin〜Lmax(図では−5〜+5)である。さらに、Σはi=p〜qの範囲の総和演算を表し、p、qは1≦p<q≦mの条件を満足するように定める。さらにまた、pとqの値によって焦点検出領域の大きさを設定する。
x=kj+D/SLOP ・・・(2),
C(x)= C(kj)-|D| ・・・(3),
D={C(kj-1)-C(k j+1)}/2 ・・・(4),
SLOP=MAX{C(kj+1)-C(k j),C(kj-1)-C(k j)} ・・・(5)
DEF=KX・PY・x ・・・(6)
(6)式において、PYは検出ピッチであり、KXは一対の測距瞳の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
Gau=(G1+G2+G3+G4+G5)/5,
Gad=(G6+G7+G8+G9+G10)/5,
Rau=(R1+R2)/2,
Rad=(R3+R4)/2,
Bau=(B1+B2+B3)/3,
Bad=(B4+B5+B6)/3,
Gnu=(|G3−G1|+|G1−G4|+|G4−G2|+|G2−G5|)/(4*Gau),
Gnd=(|G6−G9|+|G9−G7|+|G7−G10|+|G10−G8|)/(4*Gad),
Rnu=|R1−R2|/Rau,
Rnd=|R3−R4|/Rad,
Bnu=(|B1−B2|+|B2−B3|)/(2*Bau),
Bnd=(|B4−B5|+|B5−B6|)/(2*Bad),
Kg=(Gau+Gad)/(Gau+Gad+Rau+Rad+Bau+Bad),
Kr=(Rau+Rad)/(Gau+Gad+Rau+Rad+Bau+Bad),
Kb=(Bau+Bad)/(Gau+Gad+Rau+Rad+Bau+Bad)
・・・(7)
S1(X)=(B2+B5)/2,
S1(Y)=(G3+G4+G6+G7)/4 ・・・(8)
焦点検出画素X(出力AF3)と周辺の青画素、緑画素との位置関係は、配置密度の低い青画素のほうが配置密度の高い緑画素より焦点検出画素Xから離れているため、焦点検出画素X(出力AF3)と周辺の青画素との間に細線パターン等が存在して画像パターンが大きく変化することがあり、(8)式で求めたS1(X)が誤差を生じやすい。
S1(X)=B2*G4/(G1+G2)+B5*G7/(G9+G10)・・(9)
(9)式では配置密度の低い青画素出力を配置密度の高い緑画素出力の変化分に応じて焦点検出画素X(出力AF3)に近い位置での青画素出力に換算してから平均しているので、誤差が減少する。
S2(X)=AF3*Kb*Ks*Kc,
S2(Y)=AF2*Kg*Ks*Kc ・・・(10)
(10)式において、係数Ksは図15に示した出力比係数であり、撮像時の制御F値(絞りF値)に応じた出力比係数が選択される。具体的には、図15に示すグラフに対応して、F値データと出力比係数データがペアになったルックアップテーブルをカメラ駆動制御装置212に予め記憶させておいて使用する。出力比係数のグラフが焦点検出領域の位置(光軸からの距離)や交換レンズ202の射出瞳距離(撮像素子から射出瞳までの距離)に応じて変化する場合は、焦点検出領域の位置や射出瞳距離に応じて複数のルックアップテーブルを用意しておき、焦点検出位置や交換レンズ202の射出瞳距離(レンズ情報に含まれる)に応じて切り替えて使用する。
Kc=(Sg+Sr+Sb)/Sa ・・・(11)
Bnu<T1かつBnd<T1 ・・・(12)
(12)式において、T1は所定のしきい値である。また、焦点検出画素Yの場合は、次式を満足した場合に一様と判別する。
Gnu<T2かつGnd<T2 ・・・(13)
(13)式において、T2は所定のしきい値である。一様でないと判別された場合にはステップ290へ進み、焦点検出画素311の位置の画像データSをステップ220の統計処理で求めたデータS1とする。これは画像が一様でない場合には、色構成比のデータS2を算出する処理がめんどうになるから、単純な平均処理を行う統計処理のデータS1を採用する。統計処理で求めたデータS1に誤差があったとしても、画像が一様でなく周囲の画像の変動が大きいから目立たない。
|Bau−Bad|>T3 ・・・(14)
(14)式において、T3は所定のしきい値である。一方、焦点検出画素Yの場合は、次式を満足した場合に焦点検出画素列に対して垂直な方向に画素出力が変化するエッジパターンがあると判別する。
|Gau−Gad|>T4 ・・・(15)
(15)式において、T4は所定のしきい値である。
Kbe=|Bnu−Bnd|/(T5−T3),
IF Kbe>1 THEN Kbe=1,
S=(1−Kbe)*S1(X)+Kbe*S2(X) ・・・(16)
(16)式において、T5は所定のしきい値(>T3)である。エッジ度合いKbeが高い(=1)の場合は、S=S2(X)となる。一方、焦点検出画素Yの場合には、
Kge=|Gnu−Gnd|/(T6−T4),
IF Kge>1 THEN Kge=1,
S=(1−Kge)*S1(Y)+Kge*S2(Y) ・・・(17)
(17)式において、T6は所定のしきい値(>T4)である。エッジ度合いKbeが高い(=1)の場合は、S=S2(Y)となる。
|S1(X)−S2(X)|>T7 ・・・(18)
(18)式において、T7は所定のしきい値である。(18)式の代わりに次式を用いて判定してもよい。
|(Bau+Bad)/2−S2(X)|>T7 ・・・(19)
(19)式において、T7は所定のしきい値である。
|S1(Y)−S2(Y)|>T8 ・・・(20)
(20)式において、T8は所定のしきい値である。(20)式の代わりに(21)式を用いて判定してもよい。
|(Gau+Gad)/2−S2(X)|>T8 ・・・(21)
(21)式において、T8は所定のしきい値である。
Kbp=|S1(X)−S2(X)|/(T9−T7),
あるいは、
Kbp=|(Bau+Bad)/2−S2(X)|/(T9−T7),
IF Kbp>1 THEN Kbp=1,
S=(1−Kbp)*S1(X)+Kbp*S2(X) ・・・(22)
(22)式において、T9は所定のしきい値(>T7)である。したがって、ピークあるいはボトムの度合いKbpが高い(=1)の場合は、S=S2(X)となる。
Kgp=|S1(Y)−S2(Y)|/(T10−T8),
あるいは、
Kgp=|(Gau+Gad)/2−S2(X)|/(T10−T8),
IF Kgp>1 THEN Kgp=1,
S=(1−Kgp)*S1(Y)+Kgp*S2(Y) ・・・(23)
(23)式において、T10は所定のしきい値(>T8)である。したがって、ピークあるいはボトムの度合いKbpが高い(=1)の場合は、S=S2(Y)となる。
図7に示す撮像素子211では焦点検出画素311を隙間なく配列した例を示したが、図20、図21に示す撮像素子211A、211Bのように焦点検出画素311を1画素おきに配列してもよい。図20は青画素の位置に焦点検出画素311を一列に配列した撮像素子211Aの部分拡大図を示し、図21は緑画素の位置に焦点検出画素311を一列に配列した撮像素子211Bの部分拡大図を示す。焦点検出画素311の配列ピッチ(配列間隔)を大きくすることによって、焦点検出精度が多少低下するが、撮像素子211A、211Bの中の焦点検出画素311の密度が低くなるので、上述した補間処理後の画像品質を向上させることができる。
S1(X)=(B2*(G11+G12)/(G1+G2)+B5*(G11+G12)/(G9+G10))/2 ・・・(24)
図21に示す撮像画素211Bの場合は、焦点検出画素311が配置される緑画素はベイヤー配列の中での配置密度が高いため、補正による誤差が画像品質に与える影響を少なくすることができる。
S2(Y)=AF2*Ks*Kc ・・・(25)
また、青画素の位置に配置された焦点検出画素311の画像データの補間は、(10)式の代わりに次式を用いることができる。
S2(X)=AF3*((Bau+Bad)/(Gau+Gad))*Ks*Kc ・・・(26)
S2(X)=AF3*Ks*Kc ・・・(27)
|(G3+G6)−(G6+G7)| > T11 ・・・(28)
(28)式において、T11は所定のしきい値である。
S1(Y)=(G1+G9)/2 ・・・(29)
211、211A、211B、211C、211D 撮像素子
212 カメラ駆動制御装置
310 撮像用画素
311、313、314 焦点検出用画素
Claims (9)
- 異なる分光感度特性を有する複数の撮像用画素を規則的に配列した画素ユニットを二次元状に複数配列するとともに、該配列中に前記画素ユニットのすべての分光感度を包含する感度を有する焦点検出用画素を備えた撮像素子と、
前記焦点検出用画素の周辺の前記撮像用画素の内、配置密度の高い前記撮像用画素の出力に基づいて配置密度の低い前記撮像用画素の出力を補正し、補正した配置密度の低い前記撮像用画素の出力に基づいて前記焦点検出用画素の位置における画像の出力を推定する推定手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記撮像用画素の配置密度は、分光感度特性ごとの前記撮像用画素の配置密度であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1または請求項2に記載の撮像装置において、
前記画素ユニットは、赤色、緑色および青色に感度を有する3種類の画素をベイヤー配列としたものであることを特徴とする撮像装置。 - 請求項3に記載の撮像装置において、
前記撮像素子上の青色と緑色に感度を有する前記撮像用画素が直線状に配列された行または列に相当する位置に前記焦点検出用画素を配列したことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記撮像用画素と前記焦点検出用画素は、マイクロレンズと光電変換部を有することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出用画素は、前記撮影光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束によって形成される一対の像を検出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記推定手段は、配置密度の低い前記撮像用画素の近傍にある配置密度の高い前記撮像用画素の出力と、配置密度の低い前記撮像用画素より前記焦点検出用画素に近い位置にある配置密度の高い前記撮像用画素の出力とに基づいて、配置密度の低い前記撮像用画素の出力を前記焦点検出用画素の近傍の画素の出力に換算し、換算した画素出力に基づいて前記焦点検出用画素の位置における画像の出力を推定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の撮像装置を備えたことを特徴とするカメラ。
- 異なる分光感度特性を有する複数の撮像用画素を規則的に配列した画素ユニットを二次元状に複数配列するとともに、該配列中に前記画素ユニットのすべての分光感度を包含する感度を有する焦点検出用画素を備えた撮像素子の画像処理方法であって、
前記焦点検出用画素の周辺の前記撮像用画素の内、配置密度の高い前記撮像用画素の出力に基づいて配置密度の低い前記撮像用画素の出力を補正する補正処理と、
前記補正処理で補正した配置密度の低い前記撮像用画素の出力に基づいて前記焦点検出用画素の位置における画像の出力を推定する推定処理とを行うことを特徴とする画像処理方法。
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