JP2007295260A - Image processing method and digital camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、黒レベル補正を行なう画像処理方法およびデジタルカメラに関するものである。 The present invention relates to an image processing method for performing black level correction and a digital camera.
電荷結合素子(Charge Coupled Device; CCD)型や金属酸化膜半導体(Metal Oxide Semiconductor; MOS)型など、画素(受光素子)が2次元状に配列されている固体撮像素子の撮像面は、通常、被写界からの光を受光する有効画素領域と、その周囲の光学的に遮光された領域すなわちオプティカルブラック(Optical Black; OB)領域とに分割される。オプティカルブラック領域は、固体撮像素子の構造上、画素は存在するものの光は遮られている部分である。 The imaging surface of a solid-state imaging device in which pixels (light receiving devices) are arranged in a two-dimensional form, such as a charge coupled device (CCD) type and a metal oxide semiconductor (MOS) type, is usually It is divided into an effective pixel area that receives light from the object scene and an optically shielded area around that area, that is, an optical black (OB) area. The optical black region is a portion where pixels exist but light is blocked due to the structure of the solid-state imaging device.
オプティカルブラック領域は、デジタルカメラにおいて、光のない状態で出力される画素の輝度を把握するために設けられていることが多い。したがって、オプティカルブラック領域の輝度の平均値は、「光がない状態の画素の輝度」という意味で、一般的に「黒レベル」と呼ばれている。 The optical black region is often provided in a digital camera in order to grasp the luminance of a pixel output in the absence of light. Therefore, the average value of the luminance of the optical black region is generally called “black level” in the sense of “the luminance of the pixel without light”.
この黒レベルは、たとえば温度特性などの理由から、撮像するたびに値が変動する。一般に、温度が高ければ撮像面全体の画素の輝度が高まるために黒レベルも高くなり、温度が低ければ黒レベルも低くなる。昨今のデジタルカメラでは、こうした黒レベルの変動を吸収すべく、第1工程として、あらかじめオプティカルブラック領域を含む画面全体の信号をある一定のオフセット分だけ浮かせて撮像し、第2工程として、オプティカルブラック領域の平均値を算出して撮影時の黒レベルとし、画面全体の信号から減算する、という手段をとることが多い。このような処理を本文では黒レベル補正と呼ぶ。 This black level fluctuates each time an image is taken for reasons such as temperature characteristics. Generally, when the temperature is high, the luminance of the pixels on the entire imaging surface is increased, so that the black level is high, and when the temperature is low, the black level is low. In recent digital cameras, in order to absorb such black level fluctuations, as a first step, the entire screen including the optical black area is imaged with a certain offset in advance, and as a second step, optical black is captured. In many cases, the average value of the area is calculated to obtain the black level at the time of shooting, and is subtracted from the signal of the entire screen. Such a process is called black level correction in the text.
特許文献1および特許文献2によれば、オプティカルブラック領域に存在する欠陥画素(キズのある画素など)に対して補正を行うことにより、オプティカルブラック領域の輝度平均として算出される黒レベルを、より正確に取得し、黒レベル補正などの後段の画像処理の精度を高める技術が開示されている。
デジタルカメラにおいては、ISO(International Organization for Standardization)感度を高く設定するなどの高感度撮影の場合には、画素から出力される輝度のノイズが多くなる。これはオプティカルブラック領域に生じるノイズについても同様であり、輝度が負の値になる画素も増加する。しかし、黒レベルを決定する際、負の輝度を有する明るさは表現できないため、負の値となるオプティカルブラック領域の画素の輝度は、輝度ゼロにクリップされる。つまり、デジタルカメラの感度を高く設定するほど、輝度ゼロにクリップされる画素が増加する。このように輝度ゼロにクリップされた輝度ヒストグラムの平均値をとり、それを黒レベルとすると、本来の平均値より高い値が平均値として算出され、これが黒レベルとされる。その結果、後続の、黒レベル補正をはじめとする画像処理に影響を与える可能性がある。 In a digital camera, in high-sensitivity shooting such as setting ISO (International Organization for Standardization) sensitivity high, luminance noise output from a pixel increases. The same applies to the noise generated in the optical black region, and the number of pixels with negative luminance increases. However, since the brightness having negative luminance cannot be expressed when determining the black level, the luminance of the pixel in the optical black area having a negative value is clipped to luminance zero. That is, as the sensitivity of the digital camera is set higher, the number of pixels clipped to zero brightness increases. If the average value of the luminance histogram clipped to zero luminance is taken and set as the black level, a value higher than the original average value is calculated as the average value, and this is set as the black level. As a result, the subsequent image processing including black level correction may be affected.
特許文献1および特許文献2では、オプティカルブラック領域に存在する欠陥画素の補正については言及しているが、上述のように、高感度撮影時において輝度ゼロにクリップされる画素が増大し、その結果、黒レベルの正確な算出ができず、ひいては、後段の画像処理に悪影響を及ぼす点については、特に触れられていない。 Patent Document 1 and Patent Document 2 mention correction of defective pixels existing in the optical black region, but as described above, the number of pixels clipped to zero brightness during high-sensitivity shooting increases, and as a result. The black level cannot be calculated accurately, and as a result, no particular mention is made of the adverse effect on the subsequent image processing.
本発明はこのような課題に鑑み、ISO感度が高い場合にも正確に黒レベルを算出し、黒レベル補正などの後段の画像処理を適切に実行可能な画像処理方法およびデジタルカメラを提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention provides an image processing method and a digital camera capable of accurately calculating a black level even when the ISO sensitivity is high and appropriately performing subsequent image processing such as black level correction. With the goal.
本発明による画像処理方法は上述の課題を解決するために、固体撮像装置の撮像面のうちオプティカルブラック領域の画素の輝度ヒストグラムを作成する工程と、作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする工程と、クリップされた輝度ヒストグラムの中央値を黒レベルとする工程と、黒レベルを基準として、画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう工程とを含む。 In order to solve the above-described problems, an image processing method according to the present invention includes a step of creating a luminance histogram of pixels in an optical black region in an imaging surface of a solid-state imaging device, and a negative luminance among the created luminance histograms. A step of clipping to zero, a step of setting a median value of the clipped luminance histogram to a black level, and a step of correcting a black level of an image generated from a pixel on the basis of the black level.
あるいは、上述の黒レベルに代えて、クリップされた輝度ヒストグラムから、輝度ゼロの度数と、輝度の高い順に輝度ゼロの度数分の度数とを除いた、残りのヒストグラムの平均値を黒レベルとしてもよい。 Alternatively, instead of the black level described above, the average value of the remaining histograms obtained by removing the frequency of zero luminance and the frequency corresponding to the frequency of zero luminance in descending order from the clipped luminance histogram may be used as the black level. Good.
あるいは、上述の黒レベルに代えて、クリップされた輝度ヒストグラムのうち、所定の数以上の度数を有する正の輝度のみのヒストグラムの平均値を黒レベルとしてもよい。このとき、所定の数は最大の度数とし、これによって、最大の度数を有する正の輝度を黒レベルとしてもよい。 Alternatively, instead of the above-described black level, an average value of only the positive luminance histograms having a frequency equal to or greater than a predetermined number may be used as the black level. At this time, the predetermined number may be the maximum frequency, and thereby the positive luminance having the maximum frequency may be the black level.
あるいは、上述の黒レベルに代えて、クリップされた輝度ヒストグラムにローパスフィルタをかけ、ローパスフィルタがかけられたヒストグラムのうち、最大の度数を有する正の輝度を黒レベルとしてもよい。 Alternatively, instead of the above-described black level, a low-pass filter may be applied to the clipped luminance histogram, and the positive luminance having the highest frequency in the histogram subjected to the low-pass filter may be set as the black level.
本発明によれば、デジタルカメラの感度が高く、ノイズが多くなる場合であっても、正確に黒レベルを算出し、黒レベル補正などの後段の画像処理を適切に実行可能となることが期待できる。 According to the present invention, even when the sensitivity of a digital camera is high and noise increases, it is expected that black level can be accurately calculated and subsequent image processing such as black level correction can be appropriately executed. it can.
次に添付図面を参照して本発明による画像処理方法およびデジタルカメラの実施例を詳細に説明する。図1は本発明の実施例であるデジタルカメラ10のブロック図である。デジタルカメラは撮像部12を含み、これは、電荷結合素子(Charge Coupled Device; CCD)型や相補型金属酸化膜半導体(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS)型などの固体撮像装置としてよい。図2は図1に示す撮像部12の撮像面の模式図である。図2に示すように、撮像部12の撮像面には、画素(受光素子)が2次元状に配列されている。画素の配列方式は格子状配列方式でもよいし、ハニカム配列方式でもよい。また、カラーフィルタの配列も、ベイヤ方式その他のあらゆる方式としてよい。図2に示す撮像部12は、その撮像面の上方に位置する有効画素領域14と、下方に位置するオプティカルブラック領域16とを有する。本実施例では有効画素領域とオプティカルブラック領域とが上下の位置関係を有しているが、オプティカルブラック領域は有効画素領域のいずれの側に位置していてもよく、有効画素領域を四方から方位していてもよい。 Next, embodiments of an image processing method and a digital camera according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of a digital camera 10 which is an embodiment of the present invention. The digital camera includes an imaging unit 12, which may be a solid-state imaging device such as a charge coupled device (CCD) type or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type. FIG. 2 is a schematic diagram of the imaging surface of the imaging unit 12 shown in FIG. As shown in FIG. 2, pixels (light receiving elements) are two-dimensionally arranged on the imaging surface of the imaging unit 12. The pixel arrangement method may be a lattice arrangement method or a honeycomb arrangement method. The arrangement of the color filters may be any other method such as the Bayer method. The imaging unit 12 shown in FIG. 2 has an effective pixel region 14 located above the imaging surface and an optical black region 16 located below. In this embodiment, the effective pixel area and the optical black area have a vertical positional relationship, but the optical black area may be located on either side of the effective pixel area, and the effective pixel area is oriented from four directions. You may do it.
有効画素領域14は、被写界からの光を光電変換して被写体の撮像を行なう画素が配列された領域である。一方、オプティカルブラック領域16は、光学的に遮光された領域であり、画素は存在するものの、光電変換は行なわない領域である。このオプティカルブラック領域16の輝度平均値が、一般的に、黒レベルとされる。 The effective pixel area 14 is an area in which pixels that perform photoelectric conversion of light from the object scene and image a subject are arranged. On the other hand, the optical black region 16 is a region that is optically shielded, and is a region where pixels are present but photoelectric conversion is not performed. The average luminance value of the optical black area 16 is generally the black level.
図3は図2に示すオプティカルブラック領域から出力される輝度のヒストグラムである。図3(a)はデジタルカメラの感度が相対的に低い場合のヒストグラムであり、図3(b)はデジタルカメラの感度が相対的に高い場合のヒストグラムである。図3(a)に示すように、カメラの感度が低い場合にはノイズが少ないため、分布の分散は小さくなり、輝度ヒストグラムは通常、正の値の正規分布となる。したがって、正規分布の平均値aを算出すれば、これを黒レベルとして採用してよい。 FIG. 3 is a luminance histogram output from the optical black area shown in FIG. FIG. 3A is a histogram when the sensitivity of the digital camera is relatively low, and FIG. 3B is a histogram when the sensitivity of the digital camera is relatively high. As shown in FIG. 3A, when the camera sensitivity is low, the noise is small, so that the distribution variance is small, and the luminance histogram is normally a normal distribution with a positive value. Therefore, if the average value a of the normal distribution is calculated, this may be adopted as the black level.
一方、カメラの感度が高い場合は、オプティカルブラック領域の画素群にノイズが多くなり、図3(b)に示すように、輝度分布の分散が大きくなる。したがって、分布の一部が点線部Aで示すように負の値となり、それら負の輝度は、符号Bにて示すように、輝度ゼロにクリップされる。この場合、黒レベルは本来、クリップされる前の平均値である値bとなるべきところ、クリップ後のヒストグラムの平均値は値cとなる。つまり、黒レベルとして採用すべき値bより浮いた値cが平均値として算出され、黒レベルとして採用されてしまう。かかる浮いた平均値cを黒レベルとみなして画面全体の信号から減算する黒レベル補正を行なうと、黒レベルとして過大な値を減算することとなるため、画像全体が暗くなるなどの弊害が起きる可能性がある。 On the other hand, when the sensitivity of the camera is high, noise increases in the pixel group in the optical black region, and the variance of the luminance distribution increases as shown in FIG. Accordingly, a part of the distribution has a negative value as indicated by the dotted line portion A, and the negative luminance is clipped to the luminance zero as indicated by the symbol B. In this case, the black level should be the value b, which is the average value before clipping, and the average value of the histogram after clipping is the value c. That is, the value c that is higher than the value b that should be adopted as the black level is calculated as an average value and is adopted as the black level. If black level correction is performed in which the floating average value c is regarded as the black level and subtracted from the signal of the entire screen, an excessive value is subtracted as the black level, which causes problems such as darkening of the entire image. there is a possibility.
図1に戻り、デジタルカメラ10の構成の説明を続行する。カメラ10は信号処理部20を含み、これは、前述の撮像部12から到来する輝度信号を処理して適切に黒レベルを決定するとともに、黒レベル補正などの各種の画像処理を行なう装置である。デジタルカメラ10に含まれる他の要素の説明は後述することとし、まず、この信号処理部12の処理内容について、以下、説明する。 Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the digital camera 10 will be continued. The camera 10 includes a signal processing unit 20, which is a device that processes the luminance signal arriving from the above-described imaging unit 12 to appropriately determine the black level and performs various image processing such as black level correction. . The description of other elements included in the digital camera 10 will be described later. First, the processing contents of the signal processing unit 12 will be described below.
図4は図1に示す信号処理部の処理例を示すヒストグラムである。図4(a)は負の輝度が輝度ゼロにクリップされる前のヒストグラムを示し、図4(b)は負の輝度が輝度ゼロにクリップされた後のヒストグラムを示す。簡単のため、画素の数を20個としているが、実際には数十万個から1千万画素を超える数の画素が存在する。 FIG. 4 is a histogram showing a processing example of the signal processing unit shown in FIG. FIG. 4A shows a histogram before negative luminance is clipped to zero brightness, and FIG. 4B shows a histogram after negative luminance is clipped to zero luminance. For simplicity, the number of pixels is set to 20, but in reality, there are hundreds of thousands to more than 10 million pixels.
本実施例における信号処理部20の黒レベル算出の特徴は、輝度ヒストグラムの中央値(メジアン; median)を黒レベルとすることである。かかる方法によれば、カメラ10が高感度に設定されノイズが増大し輝度ヒストグラムの分散が大きくなって輝度ゼロにクリップされる画素が多くなったとしても、単に平均値を黒レベルとして採用する場合に比較して、適切な値を黒レベルとして採用できることが期待される。なお、本発明では、輝度分布は正規分布などの概略左右対称な分布となることを前提としている。 The characteristic of the black level calculation of the signal processing unit 20 in the present embodiment is that the median (median) of the luminance histogram is set to the black level. According to such a method, even when the camera 10 is set to high sensitivity, noise increases, the variance of the luminance histogram increases, and the number of pixels clipped to the luminance zero increases, the average value is simply used as the black level. It is expected that an appropriate value can be adopted as the black level. In the present invention, it is assumed that the luminance distribution is a substantially symmetrical distribution such as a normal distribution.
負の輝度が輝度ゼロにクリップされる前のオプティカルブラック領域の画素の輝度は、図4(a)に示すように、-3、-2、-1、-1、0、0、0、1、1、1、1、1、1、2、2、2、3、3、4、5(合計20個)であったとする。この時点での輝度の平均値は、加算平均を計算し、20/20=1である。一方、負の輝度が輝度ゼロにクリップされた後のオプティカルブラック領域の画素の輝度は、0、0、0、0、0、0、0、1、1、1、1、1、1、2、2、2、3、3、4、5となる。これらクリップ後の20個の輝度の平均値を黒レベルとすれば、27/20=1.35>1であり、本来の平均値である1を上回る値が平均値として出力されてしまう。しかし、輝度の中央値(Median; メジアン)をとれば、輝度値1が得られ、これはクリップ前の本来の平均値と一致する。 The luminance of the pixels in the optical black area before the negative luminance is clipped to zero is -3, -2, -1, -1, 0, 0, 0, 1 as shown in FIG. , 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 4, 5 (20 in total). The average value of the luminance at this point is calculated as an addition average, and 20/20 = 1. On the other hand, the luminance of the pixels in the optical black area after the negative luminance is clipped to zero is 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2. , 2, 2, 3, 3, 4, 5. If the average value of the 20 luminances after the clipping is the black level, 27/20 = 1.35> 1, and a value exceeding 1 which is the original average value is output as the average value. However, if the median value of median (Median) is taken, a brightness value of 1 is obtained, which matches the original average value before clipping.
図5は図1に示す信号処理部の他の処理例を示すヒストグラムである。図5(a)は負の輝度が輝度ゼロにクリップされる前のヒストグラムを示し、図5(b)は負の輝度が輝度ゼロにクリップされた後のヒストグラムを示す。簡単のため、本実施例でも、画素の数を20個としている。負の輝度が輝度ゼロにクリップされる前後のオプティカルブラック領域の輝度分布は、本実施例でも、第1の実施例について説明した図4と同様であると仮定する。 FIG. 5 is a histogram showing another processing example of the signal processing unit shown in FIG. FIG. 5A shows a histogram before negative luminance is clipped to zero luminance, and FIG. 5B shows a histogram after negative luminance is clipped to zero luminance. For simplicity, the number of pixels is also 20 in this embodiment. It is assumed that the luminance distribution in the optical black region before and after the negative luminance is clipped to zero is the same as that in FIG. 4 described in the first embodiment.
本実施例における信号処理部20の黒レベル算出の特徴は、クリップされた輝度ヒストグラムから、輝度ゼロの度数と、輝度の高い順に輝度ゼロの度数分の度数とを除いた、残りのヒストグラムの平均値を黒レベルとすることである。第1の実施例では、中央値を黒レベルとして採用しているが、かかる方法では、中央値が極大値や極小値となるなど、必ずしもクリップ前の分布の平均値になるとは限らず、黒レベルとして不適切な値を採用してしまうこともある。一方、本実施例によれば、輝度分布のちょうど中央に分布している複数の輝度の平均値を黒レベルとするため、クリップ後の分布の平均値を単に黒レベルとして採用する場合や、中央値を採用する第1の実施例と比較しても、より適切な値を黒レベルとして採用できることが期待できる。 The characteristic of the black level calculation of the signal processing unit 20 in the present embodiment is that the average of the remaining histograms obtained by removing the frequency of zero luminance and the frequency corresponding to the frequency of zero luminance in descending order from the clipped luminance histogram. The value is a black level. In the first embodiment, the median value is adopted as the black level. However, in this method, the median value is not necessarily the average value of the distribution before clipping, for example, the median value becomes the maximum value or the minimum value. An inappropriate value may be adopted as the level. On the other hand, according to the present embodiment, since the average value of a plurality of luminances that are distributed at the center of the luminance distribution is set to the black level, the average value of the distribution after clipping is simply used as the black level, It can be expected that a more appropriate value can be adopted as the black level even when compared with the first embodiment employing the value.
図5(b)に示す通り、輝度ゼロにクリップされている画素の度数は、符号Dで示すように7個である。一方、これら20個の画素の輝度をソートして輝度の高い順に並べ、最も高い輝度を有する画素から順番に、輝度ゼロの度数と同数の7個の画素の輝度を列挙すると、符号Eで示すように、5、4、3、3、2、2、2となる。したがって、輝度ゼロの7個の画素の度数と、輝度の高い順に7個の画素の度数とを分布から除外すれば、残る画素の輝度分布は図5(c)に示すように1、1、1、1、1、1である。これらの平均値は1であり、クリップされる前の輝度分布の平均値である1と一致する。 As shown in FIG. 5B, the frequency of the pixel clipped to zero brightness is 7 as indicated by the symbol D. On the other hand, the luminances of these 20 pixels are sorted and arranged in the order of high luminance, and the luminances of seven pixels having the same number as the frequency of zero luminance are listed in order from the pixel having the highest luminance, which is denoted by symbol E As shown, 5, 4, 3, 3, 2, 2, 2. Therefore, if the frequencies of the seven pixels having zero luminance and the frequencies of the seven pixels in order of increasing luminance are excluded from the distribution, the luminance distribution of the remaining pixels is 1, 1, as shown in FIG. 1, 1, 1, 1. These average values are 1, which coincides with 1, which is the average value of the luminance distribution before clipping.
このように、本実施例では、クリップ後の輝度分布の輝度ゼロの画素の度数Xと、最大輝度を有する画素から順番にX番目の画素までの度数Xとを加えた、合計2X個の画素を、オプティカルブラック領域の画素の輝度分布から除外し、残った画素の輝度平均を黒レベルとする。これにより、平均値の浮かない適切な黒レベルが得られるものと期待される。 As described above, in this embodiment, the frequency X of the luminance zero pixel in the luminance distribution after clipping and the frequency X from the pixel having the maximum luminance to the X-th pixel in order are added to a total of 2X pixels. Are excluded from the luminance distribution of the pixels in the optical black region, and the average luminance of the remaining pixels is set as the black level. As a result, it is expected that an appropriate black level with no average value will be obtained.
図6は図1に示す信号処理部の他の処理例を示すヒストグラムである。図6(a)は負の輝度が輝度ゼロにクリップされる前のヒストグラムを示し、図6(b)は負の輝度が輝度ゼロにクリップされた後のヒストグラムを示す。簡単のため、本実施例でも、画素の数を20個としている。 FIG. 6 is a histogram showing another processing example of the signal processing unit shown in FIG. FIG. 6A shows a histogram before negative luminance is clipped to zero luminance, and FIG. 6B shows a histogram after negative luminance is clipped to zero luminance. For simplicity, the number of pixels is also 20 in this embodiment.
本実施例における信号処理部20の黒レベル算出の特徴は、クリップされた輝度ヒストグラムのうち、所定の数以上の度数を有する正の輝度のみのヒストグラムの平均値を黒レベルとすることである。 A characteristic of the black level calculation of the signal processing unit 20 in the present embodiment is that an average value of only positive luminance histograms having a frequency equal to or higher than a predetermined number among the clipped luminance histograms is set as the black level.
負の輝度が輝度ゼロにクリップされる前のオプティカルブラック領域の輝度ヒストグラムが図6(a)に示すものであると仮定すると、輝度2がクリップ前のヒストグラムの平均値であるから、これを黒レベルとみなすことに妥当性があるといえる。そこで、クリップ後のオプティカルブラック領域の輝度ヒストグラムを示す図6(b)において、本実施例では、符号Fで示す、所定の閾値4以上の度数を有する、ゼロ輝度以外の輝度を有する画素の平均値を黒レベルとする。 Assuming that the luminance histogram of the optical black region before the negative luminance is clipped to the luminance zero is as shown in FIG. 6 (a), the luminance 2 is the average value of the histogram before clipping. It can be said that it is appropriate to regard it as a level. Therefore, in FIG. 6B showing the luminance histogram of the optical black region after clipping, in this embodiment, the average of pixels having a frequency other than zero luminance and having a frequency equal to or higher than a predetermined threshold value 4 indicated by a symbol F is used. The value is the black level.
図6(a)によれば、クリップ前の画素の輝度は、-2、-1、-1、0、0、0、1、1、1、1、2、2、2、2、2、3、3、3、3、4、4、4、5、5、6である。この分布の平均値は2であり、図6(b)に示すように、負の輝度が輝度ゼロにクリップされると、0、0、0、0、0、0、1、1、1、1、2、2、2、2、2、3、3、3、3、4、4、4、5、5、6という分布になる。このうち、度数が4以上の正の輝度を有する画素の輝度は、輝度1、2および3の3種類である。これら輝度1、2、3の度数の平均値を算出すれば、2であり、クリップ前の平均値と一致する。 According to FIG. 6 (a), the luminance of the pixel before clipping is -2, -1, -1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 5, 5, 6. The average value of this distribution is 2, and as shown in FIG. 6 (b), when negative luminance is clipped to luminance zero, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, The distribution is 1, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 5, 5, 6. Among these, the luminance of a pixel having a positive luminance with a frequency of 4 or more is three types of luminances 1, 2 and 3. If the average value of the frequencies of these luminances 1, 2, and 3 is calculated, it is 2, which matches the average value before clipping.
なお、閾値となる度数は自由に設定してよい。また、閾値を、最大の度数としてもよい。その場合、最大の度数を有する画素の輝度がそのまま黒レベルとなる。これは図6(b)に示す例では、最大度数5を有する輝度2をそのまま黒レベルとして採用することに相当する。 Note that the threshold frequency may be set freely. The threshold value may be the maximum frequency. In that case, the luminance of the pixel having the maximum frequency is directly at the black level. In the example shown in FIG. 6B, this corresponds to adopting the luminance 2 having the maximum frequency 5 as the black level as it is.
図7は本実施例の他のバリエーションを示すヒストグラムである。本実施例では、最大の度数を閾値とし、その度数を有する輝度をそのまま黒レベルとする場合、極大値を黒レベルとしてしまうおそれがある。これは、図7(a)に符号Gで示す輝度を、本来、黒レベルとして採用すべきところ、符号Hで示す極大値を黒レベルとして採用してしまうことに相当する。そこで、図7(b)に示すように、輝度ヒストグラムにローパスフィルタ(Low Pass Filter)をかけて高周波成分を除去し、符号Iで示すような滑らかな分布を作成するとよい。これにより、上述のように極大値を誤って黒レベルとして採用してしまうことが回避できる。 FIG. 7 is a histogram showing another variation of the present embodiment. In this embodiment, when the maximum frequency is set as a threshold and the luminance having the frequency is set as the black level as it is, the maximum value may be set as the black level. This corresponds to adopting the maximum value indicated by the symbol H as the black level, where the luminance indicated by the symbol G in FIG. Therefore, as shown in FIG. 7B, a high-frequency component is removed by applying a low-pass filter to the luminance histogram to create a smooth distribution as indicated by reference numeral I. As a result, it is possible to avoid the local maximum being erroneously adopted as the black level as described above.
なお、本実施例のように輝度ヒストグラムにローパスフィルタをかければ、第1の実施例のように、中央値を黒レベルとする場合にあっても、極大値に陥った値を誤って黒レベルとすることを回避できる場合がある。 If a low-pass filter is applied to the luminance histogram as in this embodiment, even if the median value is set to the black level as in the first embodiment, the value falling into the maximum value is mistakenly set to the black level. May be avoided.
次に、図1に戻り、第1ないし第3の実施例を実行するデジタルカメラの他の要素について簡単に説明する。デジタルカメラ10は光学系30を有し、これは、被写界から光を取り込む部位である。光学系30は、図示を省略するものの、レンズ、絞りおよびシャッタを有し、AE/AF(Auto Exposure/Auto Focus)駆動機能を有する。AE/AF駆動機能によって、露出制御およびピント調整を行なう。 Next, returning to FIG. 1, other elements of the digital camera for executing the first to third embodiments will be briefly described. The digital camera 10 has an optical system 30, which is a part that captures light from the object scene. Although not shown, the optical system 30 includes a lens, a diaphragm, and a shutter, and has an AE / AF (Auto Exposure / Auto Focus) drive function. AE / AF drive function controls exposure and adjusts focus.
光学系30から撮像部12に取り込まれ、光電変換されることによって生成された画像信号は、撮像部12に接続された前処理部32へ出力される。前処理部32は、その詳細の図示は省略するものの、画像信号に対して相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling; CDS)、自動利得制御(Automatic Gain Control; AGC)アナログ−デジタル変換(Analog-to-Digital Conversion)等の前処理を行なう装置である。 An image signal that is taken in from the optical system 30 into the imaging unit 12 and generated by photoelectric conversion is output to a preprocessing unit 32 connected to the imaging unit 12. Although not shown in detail, the pre-processing unit 32 performs correlated double sampling (CDS), automatic gain control (AGC) analog-to-digital conversion (Analog-to-analog) on the image signal. -Digital Conversion) and other preprocessing devices.
デジタルカメラ10はバッファメモリ34を含み、これは、前処理部32に接続されていて、前処理部32にてデジタル化された画像信号を一時的に保存する記録装置である。揮発性の記録装置としてよく、光記録装置や磁気記録装置等の記録媒体としてよい。バッファメモリ34は、データバス58に対して、記録したデジタル画像信号を出力可能である。 The digital camera 10 includes a buffer memory 34, which is a recording device that is connected to the preprocessing unit 32 and temporarily stores the image signal digitized by the preprocessing unit 32. A volatile recording device may be used, and a recording medium such as an optical recording device or a magnetic recording device may be used. The buffer memory 34 can output the recorded digital image signal to the data bus 58.
信号処理部20は、既に第1ないし第3の実施例について説明した黒レベルを決定する機能に加えて、オプティカルブラック領域を含む画面全体の信号をある一定のオフセット分だけ浮かせて撮像し、次に、決定した黒レベルを画面全体の輝度信号から減算する黒レベル補正、ホワイトバランス補正、ガンマ補正等を行なう装置である。 In addition to the function of determining the black level already described with respect to the first to third embodiments, the signal processing unit 20 floats and captures the signal of the entire screen including the optical black area by a certain offset. Further, the apparatus performs black level correction, white balance correction, gamma correction, and the like for subtracting the determined black level from the luminance signal of the entire screen.
図8は信号処理部20にて行なわれる処理の一例を示す機能ブロック図である。信号処理部20では、入力画像信号に対して、まず、上述の黒レベル補正40を行なう。これは、黒レベルオフセット補正における黒レベルを適切に選択し、黒レベル補正を行なうことを目的としているからである。しかし、黒レベル補正は、後段の工程で行なってもよい。ホワイトバランス補正42は、光源の色温度変化に追従して適切な白色を再現し、色再現性を正常に保つための色補正処理である。線形マトリクス処理44は、線形マトリクスにより、R(Red)G(Green)B(Blue)信号を輝度・色差信号に変換する処理である。ガンマ補正46は、画像の色のデータと、それが実際に出力される際の信号の相対関係を調節して、より自然に近い表示を得るための補正操作である。同時化処理48は、いずれかのカラーフィルタが割り当てられた各画素に、RGBの三原色を補間する処理である。輪郭補正50は、被写体の輪郭を明瞭に再現する補正処理である。 FIG. 8 is a functional block diagram showing an example of processing performed in the signal processing unit 20. The signal processing unit 20 first performs the above black level correction 40 on the input image signal. This is because the purpose is to appropriately select a black level in black level offset correction and perform black level correction. However, the black level correction may be performed in a later process. The white balance correction 42 is a color correction process for reproducing an appropriate white color following the change in the color temperature of the light source and maintaining normal color reproducibility. The linear matrix process 44 is a process for converting R (Red), G (Green), and B (Blue) signals into luminance / color difference signals using a linear matrix. The gamma correction 46 is a correction operation for adjusting the relative relationship between the image color data and the signal when it is actually output to obtain a more natural display. The synchronization process 48 is a process of interpolating the three primary colors of RGB to each pixel to which any color filter is assigned. The contour correction 50 is a correction process for clearly reproducing the contour of the subject.
再び図1に戻り、カメラ10の他の要素の説明を続行する。モニタ52は液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display; LCD)などの表示装置であり、信号処理部20にて各種処理を受けた画像を出力する。またカメラ10はストレージ54を含み、これは、信号処理部20にて処理されたデジタル画像データを記録する記録装置である。ストレージ54は、ストレージインターフェース回路56を介してデータバス58に接続されている記憶装置であり、信号処理部20にて画像処理を施された画像信号を最終的に保存する装置である。システム制御部60は、カメラ10全体を制御するプロセッサであり、これに接続されるタイミング信号発生器62を制御して、タイミングパルスを発生させ、これを撮像部駆動用のドライバに与えて撮像部を駆動する。またシステム制御部60は、前処理部32にも制御信号を直接またはタイミング信号発生器62を介して間接に与え、前処理部32の各種処理を制御する。 Returning again to FIG. 1, the description of the other elements of the camera 10 will be continued. The monitor 52 is a display device such as a liquid crystal display (LCD), and outputs an image subjected to various processing by the signal processing unit 20. The camera 10 also includes a storage 54, which is a recording device that records the digital image data processed by the signal processing unit 20. The storage 54 is a storage device connected to the data bus 58 via the storage interface circuit 56, and is a device that finally stores the image signal that has been subjected to image processing by the signal processing unit 20. The system control unit 60 is a processor that controls the entire camera 10, and controls the timing signal generator 62 connected thereto to generate a timing pulse, which is given to a driver for driving the imaging unit, and the imaging unit Drive. Further, the system control unit 60 gives a control signal to the preprocessing unit 32 directly or indirectly through the timing signal generator 62 to control various processes of the preprocessing unit 32.
カメラ10はさらに操作部66を含み、これは撮像用のシャッタレリーズボタンその他の操作ボタンを有し、操作信号をシステム制御部60に与えて、カメラ10を操作する部位である。とりわけ、本実施例では、操作部66はカメラ10のISO感度を設定する機能を有し、設定したISO感度に応じてシステム制御部60は撮像部12による撮像を実行させる。この設定されたISO感度は、データバス58を通じて信号処理部20にも与えられ、信号処理部20による黒レベル決定にも影響を及ぼす。 The camera 10 further includes an operation unit 66, which has a shutter release button for imaging and other operation buttons, and is a part for operating the camera 10 by giving an operation signal to the system control unit 60. In particular, in the present embodiment, the operation unit 66 has a function of setting the ISO sensitivity of the camera 10, and the system control unit 60 causes the imaging unit 12 to perform imaging according to the set ISO sensitivity. The set ISO sensitivity is also given to the signal processing unit 20 through the data bus 58, and affects the black level determination by the signal processing unit 20.
以上のように構成された本発明の実施例であるデジタルカメラの動作について、以下、説明する。図9は本発明の第1の実施例の動作を示すフローチャートである。図1に示す操作部66の操作により、システム制御部60に対しては、あらかじめISO感度が伝達されている。そして操作部66のシャッタレリーズボタンを押すことにより撮像が実行されると、被写界からの光を光学系30から与えられた撮像部12は、光電変換により画像信号を生成し、これを前処理部32へ送る。前処理部32で各種処理を受けデジタル化された画像信号は、バッファメモリ34を経てデータバス58に出力され、信号処理部20に入力される。第1の実施例を採用する場合、信号処理部20では、まず、ステップS100に示すように、入力されたデジタル画像信号のうち、オプティカルブラック領域16の輝度ヒストグラムを作成する。ヒストグラムが例えば図4(a)に示すものになる場合、このステップS100の時点で、負の輝度はゼロ輝度にクリップされ、図4(b)に示すヒストグラムに変更される。 The operation of the digital camera according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described below. FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the first embodiment of the present invention. The ISO sensitivity is transmitted in advance to the system control unit 60 by the operation of the operation unit 66 shown in FIG. When imaging is executed by pressing the shutter release button of the operation unit 66, the imaging unit 12 given light from the object scene from the optical system 30 generates an image signal by photoelectric conversion, The data is sent to the processing unit 32. The image signal that has been subjected to various processes in the preprocessing unit 32 and digitized is output to the data bus 58 via the buffer memory 34 and input to the signal processing unit 20. When the first embodiment is adopted, the signal processing unit 20 first creates a luminance histogram of the optical black region 16 in the input digital image signal as shown in step S100. When the histogram is as shown in FIG. 4A, for example, at the time of step S100, the negative luminance is clipped to zero luminance and changed to the histogram shown in FIG. 4B.
次に信号処理部20はシステム制御部60から、あらかじめ設定されたISO感度を知り、ステップS102に示すように、ISO感度が所定の値より小さい低感度に設定されている場合は、ステップS104に進んで、クリップされた輝度ヒストグラムの平均値を算出し、これを黒レベルとして採用して、図8に示す黒レベル補正その他の後続の処理を行なう。この場合は、感度が低いため、ノイズが少なく、輝度ヒストグラムの分散も小さく、負の輝度が輝度ゼロにクリップされるケースも少ないと考えられるからである。 Next, the signal processing unit 20 knows the preset ISO sensitivity from the system control unit 60, and if the ISO sensitivity is set to a low sensitivity smaller than a predetermined value as shown in step S102, the process goes to step S104. Then, the average value of the clipped luminance histogram is calculated and adopted as the black level, and black level correction and other subsequent processing shown in FIG. 8 are performed. In this case, it is considered that since the sensitivity is low, there is little noise, the variance of the luminance histogram is small, and the negative luminance is often clipped to zero luminance.
一方、ステップS102において、ISO感度が所定の値以上の高感度に設定されていた場合は、ステップS106に進み、輝度を大きい順にソートする。次にステップS108において中央値を抽出し、これを黒レベルとして採用する。この場合は、デジタルカメラ10が高感度に設定されているため、ノイズが多く発生し、輝度ゼロにクリップされる画素が多いと考えられるためである。 On the other hand, if the ISO sensitivity is set to a high sensitivity equal to or higher than a predetermined value in step S102, the process proceeds to step S106, and the luminances are sorted in descending order. Next, in step S108, the median is extracted and adopted as the black level. In this case, since the digital camera 10 is set to high sensitivity, a lot of noise is generated and it is considered that there are many pixels clipped to zero brightness.
図10は本発明の第2の実施例の動作を示すフローチャートである。ステップS200、S202およびS204は、図9におけるステップS100、S102およびS104と同様であるため、説明を省略する。ISO感度が所定の値以上である場合、ステップS206では、輝度ヒストグラムから輝度ゼロのX個の度数を除外する。すなわち、負の輝度が輝度ゼロにクリップされた輝度ヒストグラムが図5(b)に示すものであった場合、同図の符号Dで示す度数を、ヒストグラムから除外する。そして次のステップS208において輝度を大きい順にソートし、さらに次のステップS210において、ソートされた輝度の大きい順に、輝度ゼロの度数と同数の、X個の度数を除外する。すなわち、図5(b)のヒストグラムから符号Eで示す度数を除外する。そしてステップS204において、残ったヒストグラム、すなわち図5(c)に示すヒストグラムの輝度平均値を算出し、これを黒レベルとして採用する。 FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the second embodiment of the present invention. Steps S200, S202, and S204 are the same as steps S100, S102, and S104 in FIG. If the ISO sensitivity is equal to or higher than the predetermined value, in step S206, X frequencies with zero luminance are excluded from the luminance histogram. That is, when the luminance histogram in which the negative luminance is clipped to zero luminance is as shown in FIG. 5B, the frequency indicated by the symbol D in FIG. 5 is excluded from the histogram. Then, in the next step S208, the luminances are sorted in descending order, and in the next step S210, X frequencies having the same number as the luminance of zero luminance are excluded in the sorted large luminance order. That is, the frequency indicated by the symbol E is excluded from the histogram of FIG. In step S204, the luminance average value of the remaining histogram, that is, the histogram shown in FIG. 5C is calculated and adopted as the black level.
図11は本発明の第3の実施例の動作を示すフローチャートである。ステップS300、S302およびS304は、図9におけるステップS100、S102およびS104と同様であるため、説明を省略する。ISO感度が所定の値以上である場合、ステップS306では、所定の度数以上または最大度数の輝度以外の度数を、ヒストグラムから除外する。これは、例えば、負の輝度が輝度ゼロにクリップされた輝度ヒストグラムが図6(b)に示すものであった場合、所定の度数4以上の度数を有する符合Fで示す部分以外の部分をヒストグラムから除外することを意味する。あるいは、最大の度数5を有する輝度以外の度数をヒストグラムから除外する。このようにして度数が除外されたヒストグラムにおいて、ステップS304に示すように輝度の平均値を算出し、それを黒レベルとして採用する。なお、ステップS306において、最大の度数の輝度以外のものを除外した場合は、最大の度数5を有する正の輝度2がそのまま黒レベルとなる。 FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the third embodiment of the present invention. Steps S300, S302, and S304 are the same as steps S100, S102, and S104 in FIG. If the ISO sensitivity is equal to or higher than the predetermined value, in step S306, frequencies other than the luminance of the predetermined frequency or higher or the maximum frequency are excluded from the histogram. This is because, for example, when a luminance histogram in which negative luminance is clipped to zero luminance is as shown in FIG. 6B, a portion other than the portion indicated by the symbol F having a frequency of a predetermined frequency of 4 or more is histogrammed. It means to exclude from. Alternatively, frequencies other than the luminance having the maximum frequency 5 are excluded from the histogram. In the histogram from which the frequency is excluded in this way, an average value of luminance is calculated as shown in step S304, and this is adopted as the black level. In step S306, when the luminance other than the maximum frequency is excluded, the positive luminance 2 having the maximum frequency 5 becomes the black level as it is.
10 デジタルカメラ
12 撮像部
14 有効画素領域
16 オプティカルブラック領域
20 信号処理部
60 システム制御部
66 操作部
10 Digital camera
12 Imaging unit
14 Effective pixel area
16 Optical black area
20 Signal processor
60 System controller
66 Control panel
Claims (10)
該作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする工程と、
該クリップされた輝度ヒストグラムの中央値を黒レベルとする工程と、
該黒レベルを基準として、前記画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 Creating a luminance histogram of pixels in the optical black region of the imaging surface of the solid-state imaging device;
Clipping negative luminance of the created luminance histogram to zero luminance;
Setting the median value of the clipped luminance histogram to a black level;
And a step of correcting a black level of an image generated from the pixel with reference to the black level.
該作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする工程と、
該クリップされた輝度ヒストグラムから、輝度ゼロの度数と、輝度の高い順に輝度ゼロの度数分の度数とを除いた、残りのヒストグラムの平均値を黒レベルとする工程と、
該黒レベルを基準として、前記画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 Creating a luminance histogram of pixels in the optical black region of the imaging surface of the solid-state imaging device;
Clipping negative luminance of the created luminance histogram to zero luminance;
Removing the frequency of zero brightness from the clipped luminance histogram and the frequency corresponding to the frequency of zero brightness in descending order of brightness, and setting the average value of the remaining histogram to a black level;
And a step of correcting a black level of an image generated from the pixel with reference to the black level.
該作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする工程と、
該クリップされた輝度ヒストグラムのうち、所定の数以上の度数を有する正の輝度のみのヒストグラムの平均値を黒レベルとする工程と、
該黒レベルを基準として、前記画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 Creating a luminance histogram of pixels in the optical black region of the imaging surface of the solid-state imaging device;
Clipping negative luminance of the created luminance histogram to zero luminance;
A step of setting an average value of only positive luminance histograms having a frequency equal to or higher than a predetermined number among the clipped luminance histograms to a black level;
And a step of correcting a black level of an image generated from the pixel with reference to the black level.
該作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする工程と、
該クリップされた輝度ヒストグラムにローパスフィルタをかける工程と、
該ローパスフィルタがかけられたヒストグラムのうち、最大の度数を有する正の輝度を黒レベルとする工程と、
該黒レベルを基準として、前記画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 Creating a luminance histogram of pixels in the optical black region of the imaging surface of the solid-state imaging device;
Clipping negative luminance of the created luminance histogram to zero luminance;
Applying a low pass filter to the clipped luminance histogram;
Of the histogram subjected to the low-pass filter, a step of setting a positive luminance having the maximum frequency to a black level;
And a step of correcting a black level of an image generated from the pixel with reference to the black level.
該固体撮像装置の撮像面のうちオプティカルブラック領域の画素の輝度ヒストグラムを作成する手段と、
該作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする手段と、
該クリップされた輝度ヒストグラムの中央値を黒レベルとする手段と、
該黒レベルを基準として、前記画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう手段とを含むことを特徴とするデジタルカメラ。 A solid-state imaging device;
Means for creating a luminance histogram of pixels in the optical black region of the imaging surface of the solid-state imaging device;
Means for clipping the negative luminance of the created luminance histogram to zero luminance;
Means for setting the median value of the clipped luminance histogram to a black level;
Means for correcting a black level of an image generated from the pixel with reference to the black level.
該固体撮像装置の撮像面のうちオプティカルブラック領域の画素の輝度ヒストグラムを作成する手段と、
該作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする手段と、
該クリップされた輝度ヒストグラムから、輝度ゼロの度数と、輝度の高い順に輝度ゼロの度数分の度数とを除いた、残りのヒストグラムの平均値を黒レベルとする手段と、
該黒レベルを基準として、前記画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう手段とを含むことを特徴とするデジタルカメラ。 A solid-state imaging device;
Means for creating a luminance histogram of pixels in the optical black region of the imaging surface of the solid-state imaging device;
Means for clipping the negative luminance of the created luminance histogram to zero luminance;
Means for removing the frequency of zero brightness from the clipped luminance histogram and the frequency corresponding to the frequency of zero brightness in descending order of brightness, and setting the average value of the remaining histogram as a black level;
Means for correcting a black level of an image generated from the pixel with reference to the black level.
該固体撮像装置の撮像面のうちオプティカルブラック領域の画素の輝度ヒストグラムを作成する手段と、
該作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする手段と、
該クリップされた輝度ヒストグラムのうち、所定の数以上の度数を有する正の輝度のみのヒストグラムの平均値を黒レベルとする手段と、
該黒レベルを基準として、前記画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう手段とを含むことを特徴とするデジタルカメラ。 A solid-state imaging device;
Means for creating a luminance histogram of pixels in the optical black region of the imaging surface of the solid-state imaging device;
Means for clipping the negative luminance of the created luminance histogram to zero luminance;
Means for setting a black level to an average value of only positive luminance histograms having a frequency equal to or greater than a predetermined number among the clipped luminance histograms;
Means for correcting a black level of an image generated from the pixel with reference to the black level.
該固体撮像装置の撮像面のうちオプティカルブラック領域の画素の輝度ヒストグラムを作成する手段と、
該作成された輝度ヒストグラムのうち負の輝度を輝度ゼロにクリップする手段と、
該クリップされた輝度ヒストグラムにローパスフィルタをかける手段と、
該ローパスフィルタがかけられたヒストグラムのうち、最大の度数を有する正の輝度を黒レベルとする手段と、
該黒レベルを基準として、前記画素から生成される画像の黒レベル補正を行なう手段とを含むことを特徴とするデジタルカメラ。 A solid-state imaging device;
Means for creating a luminance histogram of pixels in the optical black region of the imaging surface of the solid-state imaging device;
Means for clipping the negative luminance of the created luminance histogram to zero luminance;
Means for applying a low pass filter to the clipped luminance histogram;
Means for setting a positive luminance having the maximum frequency in the histogram subjected to the low-pass filter to a black level;
Means for correcting a black level of an image generated from the pixel with reference to the black level.
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