JP2008015946A - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】少なくとも画素補間処理及び倍率色収差補正処理を含む画像処理において、画像処理の結果として得られる画像データの品質を向上させる技術を提供する。
【解決手段】デジタルカメラ150は、まず、画像データに対してR成分及びB成分の補間処理を行う。そして、R成分及びB成分の補間処理がなされた画像データに対して、倍率色収差補正処理を行う。そして、倍率色収差補正処理がなされた画像データに対して、G成分の補間処理を行う。G成分の補間処理に際しては、倍率色収差補正処理がなされた画像データのR成分又はB成分に基づいて、どの画素のG成分を用いて補間処理を行うかが決定される。
【選択図】図1

Description

本発明は、画像データの各画素に対して色成分を補間する技術に関する。
現在普及しているデジタルカメラは、一般的に、R(赤色)成分の画素信号、G(緑色)成分の画素信号、及び、B(青色)成分の画素信号がベイヤー配列に並んだ第1の画像データを光電変換により取得する。そして、この第1の画像データに、例えば、各画素に対して色成分を補間する画素補間処理、倍率色収差を補正する倍率色収差補正処理、歪曲収差を補正する歪曲収差補正処理などを施して、第2の画像データを得る。この第2の画像データは、PC(パーソナルコンピュータ)での表示などに用いられる。
ここで、上述の画素補間処理や各補正処理がどのように行われるかにより、第2の画像データの画質が変化することが知られている。そこで、第2の画像データの画質を向上させるために、高周波成分の再現性を考慮した画素補間処理が提案されている(特許文献1参照)。また、画素補間処理を倍率色収差補正処理よりも先に行うことも知られている(特許文献2参照)。
図2を参照して、画素補間処理におけるG成分を補間する方法について説明する。撮像素子により取得された画像データでは、図2に示すように、R成分の画素信号、G成分の画素信号、及び、B成分の画素信号がベイヤー配列に並んでいる。ここで、図2においては、中心の画素209にはB成分しか存在しないため、画素209の位置でのG成分を得るために、周辺のG成分に基づいて、画素209のG成分が補間される。
このとき、画素209(補間対象の画素)から2画素上と2画素下の画素(画素202及び画素204)におけるB成分の相関と、画素209から2画素右と2画素左の画素(画素206及び画素208)におけるB成分の相関が比較される。そして、画素209から相関がより高い方向に1画素上と1画素下又は1画素右と1画素左(画素201及び画素203、又は、画素205及び画素207)のG成分に基づいて、画素209のG成分が補間される。このように、色成分の相関を比較した結果に基づいて画素補間処理に用いるG成分の画素を決定することにより、G成分について高周波成分の再現性を向上させ、画質を向上させることが可能となる。
特開2002−191053号公報 特開2002−190979号公報
ここで、上述したように、画素補間処理や各補正処理がどのように行われるかにより、第2の画像データの画質が変化するが、従来は、倍率色収差補正処理よりも先に、画像データのRGB各成分についての画素補間処理が行われていた。
しかしながら、倍率色収差補正処理が行われる前の画像データにおいては、倍率色収差のために、異なる色成分間の位置関係が、被写体の各色成分の位置関係と正しく対応していない場合がある。そのため、そのままの状態で画素補間処理を行うと、適切でない画素に基づいて画素補間処理が行われることになり、得られる画像データの画質が低下するという問題があった。
例えば、図2の例では、画素205と画素206は左右に隣接しているが、それぞれ色成分が異なるため、倍率色収差により位置がずれている可能性があり、必ずしも被写体において左右に隣接した画素を表現しているとは限らない。そのため、画素202と画素204の間のB成分の相関と画素206と画素208の間のB成分の相関とを比較した結果に基づいて画素209のG成分の補間処理に用いる画素を決定しても、必ずしも画質の向上に結びつかない場合がある。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、少なくとも画素補間処理及び倍率色収差補正処理を含む画像処理において、画像処理の結果として得られる画像データの品質を向上させる技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の画像処理装置は、光電変換により取得された、赤色成分の画素信号、緑色成分の画素信号、及び、青色成分の画素信号がベイヤー配列に並んだ第1の画像データにおいて、各画素に色成分を補間することにより、第2の画像データを生成する画像処理装置であって、前記第1の画像データにおける緑色成分及び青色成分の画素において赤色成分を補間する赤色補間手段と、前記第1の画像データにおける赤色成分及び緑色成分の画素において青色成分を補間する青色補間手段と、前記赤色補間手段による赤色成分の補間及び前記青色補間手段による青色成分の補間がなされた前記第1の画像データに対して倍率色収差の補正を行う倍率色収差補正手段と、前記倍率色収差補正手段での倍率色収差の補正がなされた前記第1の画像データにおける、緑色成分を含まない画素に対して、緑色成分を補間する緑色補間手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の画像処理方法は、光電変換により取得された、赤色成分の画素信号、緑色成分の画素信号、及び、青色成分の画素信号がベイヤー配列に並んだ第1の画像データにおいて、各画素に色成分を補間することにより、第2の画像データを生成する画像処理方法であって、前記第1の画像データにおける緑色成分及び青色成分の画素において赤色成分を補間する赤色補間工程と、前記第1の画像データにおける赤色成分及び緑色成分の画素において青色成分を補間する青色補間工程と、前記赤色補間工程における赤色成分の補間及び前記青色補間工程における青色成分の補間がなされた前記第1の画像データに対して倍率色収差の補正を行う倍率色収差補正工程と、前記倍率色収差補正工程での倍率色収差の補正がなされた前記第1の画像データにおける、緑色成分を含まない画素に対して、緑色成分を補間する緑色補間工程と、を備えることを特徴とする。
なお、その他の本発明の特徴は、添付図面及び以下の発明を実施するための最良の形態における記載によって更に明らかになるものである。
以上の構成により、本発明によれば、少なくとも画素補間処理及び倍率色収差補正処理を含む画像処理において、画像処理の結果として得られる画像データの品質を向上させることが可能となる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。
なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが、本発明に必須とは限らない。
[第1の実施形態]
本発明の画像処理装置をデジタルカメラに適用した実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るデジタルカメラ150の構成を示す図である。以下、デジタルカメラ150を用いて本実施形態に係る画像処理を行う例について説明するが、本発明は、撮像機能を備えない画像処理装置にも適用可能である。また、PC(パーソナルコンピュータ)上でアプリケーションソフトウェアを動作させることにより画像処理装置が実現される形態でもかまわない。
また、デジタルカメラ150は、図1に示す機能部以外にも、デジタルカメラ150全体を制御するCPUや、デジタルカメラ150の制御プログラムを格納するROM、CPUがワークエリアとして使用するRAMなども備え得る。
光学レンズ100は、被写体からの光線を撮像素子101上に結像させる。撮像素子101は、ベイヤー配列のカラーフィルタを備え、入射した光線を光電変換し、R成分の画素信号、G成分の画素信号、及び、B成分の画素信号がベイヤー配列に並んだアナログ画像信号を生成する。A/D変換器102は、撮像素子101が生成したアナログ画像信号をA/D変換し、デジタル画像データ(以下、単に「画像データ」と呼ぶ)を生成する。
ここで、画素の各色成分は、輝度を表す値(例えば、Rの画素の輝度値であれば「R成分の値」と呼ぶ)を持つ。各色成分の輝度値は、例えば0〜255の整数で表現され、0が最も暗く、255が最も明るい。すなわち、R成分の値が0であれば、撮像素子101はR成分の光を全く検知しなかったということを意味し、R成分の値が255であれば、撮像素子101は検知可能な範囲で最も明るいR成分の光を検知したということを意味する。
プリプロセッサ103は、A/D変換器102が生成した画像データに対して、シェーディング補正や傷補正を施す。
シェーディング補正とは、光学レンズ100の特に周縁部で発生する減光に起因する、各色成分の輝度の低下を補正する補正処理であり、光学レンズ100に固有の情報を用いて行われる。光学レンズ100に固有の情報は、光学レンズ自体が備えるメモリ(不図示)や、デジタルカメラ150が備えるメモリ(不図示)などに格納され得る。
図7は、シェーディング補正の概要を示す図である。任意の画素701から光学中心702までの距離である像高703に応じて、画素の色成分の値に所定のゲインをかけることにより、シェーディング補正がなされる。
傷補正とは、撮像素子101に不良箇所(故障等の理由により光電変換の行えない部分)が存在するために発生する画素信号の欠陥を補正する処理である。
図8は、傷補正の概要を示す図である。図8に示すように、撮像素子101の画素801が不良であった場合、本来画素801で得られるべきG成分のデータが得られない。そこで、画素801の近傍に存在するG成分の画素に基づいて(例えば、画素802,803,804,805のG成分の値を平均することにより)、画素801のG成分を補間する。
色分離回路104は、画像データのベイヤー配列を認識してR成分・G成分・B成分を分離して抽出する。
図9は、色分離処理の概要を示す図である。なお、ここでは、撮像素子101に配列されている多数の画素のうちの一部の画素列を抜き出して示している。
色分離回路104は、ベイヤー配列の画素列901から出力される画像データを、符号902,903,904で示されるように、G成分・R成分・B成分ごとに分離して抽出する。
R成分補間回路105は、画像データにおいてR成分を持たない画素にR成分を補間する。R成分補間回路105は、他の色成分(即ち、G成分及びB成分)を参照せずにR成分を補間する。図3は、R成分の補間処理の概要を示す図である。図3において、R成分を持つ画素を有効画素と呼び、R成分を持たない画素を無効画素と呼ぶ。無効画素302に対してR成分を補間する場合、R成分補間回路105は、隣接する有効画素301及び303におけるR成分の値の平均値を求め、無効画素302のR成分の値とする。無効画素304,306,308のR成分も同様に補間される。無効画素305のR成分は、有効画素301,303,307,309におけるR成分の値の平均値により補間される。
B成分補間回路106は、画像データにおいてB成分を持たない画素にB成分を補間する。B成分補間回路106は、他の色成分(即ち、R成分及びG成分)を参照せずにB成分を補間する。具体的な補間方法は、図3を参照して説明したR成分の補間方法と同様である。
倍率色収差補正回路107は、画像データの倍率色収差を補正する。本実施形態では特に、画像データのG成分を基準に、R成分及びB成分を補正する。従って、倍率色収差補正回路107は、画像データにおけるR成分及びB成分の値を変化させるが、G成分の値は変化させない。図5、図6、及び、図10を参照して、倍率色収差補正処理の概要を説明する。
例えば、白地に黒い縦線が入っている被写体を撮像する場合を考える。図10において、画素群1001Bは、B補間回路106により得られるB成分のデータである。画素群1001Rは、R補間回路105により得られるR成分のデータである。画素群1001Gは、色分離回路104により得られるG成分のデータである。本来、RGB各成分について、黒い縦線は同じ位置に存在しなければならないが、光学レンズ100は波長によって屈折率が異なるため、RGB各成分について、黒い縦線の位置が異なる。
そこで、図5に示すように、倍率色収差補正回路107は、光学レンズ100に固有の情報と画像上の光学中心503の位置情報とに基づき、所定の画素502の位置と画素502が本来あるべき位置501の対応関係を示す情報とを取得する。そして、画素502の色成分の値を501で示される位置の色成分の値で置き換える。このとき、501の位置は、一般的に、撮像素子101の実際の画素の位置からずれている。即ち、図6に示すように、4つの画素601が撮像素子101の実際の画素であって、位置501はその間に存在する。そこで、倍率色収差補正回路107は、4つの画素601の色成分を線形補間することにより、501の位置の色成分の値を求める。
倍率色収差補正処理に用いられる光学レンズ100に固有の情報は、R成分とB成分とで異なる。そして、シェーディング補正処理の場合と同様、光学レンズ自体が備えるメモリ(不図示)や、デジタルカメラ150が備えるメモリ(不図示)などに格納されている。
倍率色収差補正処理の結果、図10の画素群1003B、1003R、及び、1003Gに示されるように、黒の縦線の位置が一致する。
G補間回路108は、倍率色収差補正回路107の出力であるR成分・B成分を参照して画素のG成分を補間する。図4は、G成分の補間処理の概要を示す図である。補間対象の画素413は、画素413から1画素上と1画素下の画素(画素409及び画素410)又は1画素右と1画素左の画素(画素411及び画素412)に基づいて補間される。画素409及び画素410、又は、画素411及び画素412のどちらを使用するかを決定するために、G補間回路108は、近傍のB成分又はR成分の相関を利用する。例えば、G補間回路108は、画素401及び画素402のB成分(又はR成分)の値の差の絶対値と、画素403及び404のB成分(又はR成分)の値の差の絶対値を比較する。そして、差の絶対値が小さい方と同一方向の画素のG成分の値を平均して、画素413のG成分の値とする。
本実施形態のG補間処理において重要なことは、倍率色収差補正がなされたR成分又はB成分に基づいて、G補間処理に用いるG成分を決定することである。即ち、図10に示すように、例えば画素1002Gを補間する際に、倍率色収差を補正する前の画素1005Bと画素1006BにおけるB成分の値の差の絶対値を求めても、あまり意味が無い。なぜなら、倍率色収差の補正前では、画素1005Bと画素1006Bは、倍率色収差による色ずれのために、被写体において画素1007Gと画素1008Gに隣接する画素ではない可能性が高いからである。一方、倍率色収差補正処理の後であれば、画素1009Bと画素1010Bに基づいて、画素1011Gと画素1012GをG補間処理に使用するか否かを判断することは、画質の向上に寄与する。
信号処理回路109は、画像データに対して、ガンマ補正やアパーチャ補正等の画質調整処理を行う。
歪曲収差補正回路110は、画像データの歪曲収差を補正する。歪曲収差補正処理は、図5及び図6を参照して説明した倍率色収差補正処理と同様に行われる。ただし、歪曲収差補正処理に用いられる光学レンズ100に固有の情報は、全ての色成分に対して同一である。
図11は、本実施形態に係る画像処理の流れを示すフローチャートである。図11に示す各ステップは、デジタルカメラ150の不図示のCPUや、R補間回路105などの各構成要素などによって実現される。また、図11は、画像処理の一部を示したものに過ぎず、ステップS1101の前にシェーディング補正処理などの種々の画像処理が行われてもよいし、ステップS1103の後に歪曲収差補正処理などの種々の画像処理が行われてもよい。
ステップS1101で、画像データに対してR成分及びB成分の補間処理がなされる。
ステップS1102で、画像データに対して倍率色収差補正処理がなされる。
ステップS1103で、画像データに対して、G成分の補間処理がなされる。
以上説明したように、本実施形態によれば、デジタルカメラ150は、まず、画像データに対してR成分及びB成分の補間処理を行う。そして、R成分及びB成分の補間処理がなされた画像データに対して、倍率色収差補正処理を行う。そして、倍率色収差補正処理がなされた画像データに対して、G成分の補間処理を行う。G成分の補間処理に際しては、倍率色収差補正処理がなされた画像データのR成分又はB成分に基づいて、どの画素のG成分を用いて補間処理を行うかが決定される。
これにより、少なくとも画素補間処理及び倍率色収差補正処理を含む画像処理において、画像処理の結果として得られる画像データの品質を向上させることが可能となる。
[その他の実施形態]
上述した実施の形態の処理は、各機能を具現化したソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供してもよい。そして、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによって、前述した実施形態の機能を実現することができる。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピィ(登録商標)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどを用いることができる。或いは、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることもできる。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施の形態の機能が実現されるだけではない。そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれている。
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれてもよい。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含むものである。
第1の実施形態に係るデジタルカメラ150の構成を示す図である。 画素補間処理においてG成分を補間する方法を説明する図である。 R成分の補間処理の概要を示す図である。 G成分の補間処理の概要を示す図である。 倍率色収差補正処理及び歪曲収差補正処理の概要を示す図である。 倍率色収差補正処理及び歪曲収差補正処理の概要を示す図である。 シェーディング補正の概要を示す図である。 傷補正の概要を示す図である。 色分離処理の概要を示す図である。 倍率色収差補正処理の概要を示す図である。 第1の実施形態に係る画像処理の流れを示すフローチャートである。

Claims (8)

  1. 光電変換により取得された、赤色成分の画素信号、緑色成分の画素信号、及び、青色成分の画素信号がベイヤー配列に並んだ第1の画像データにおいて、各画素に色成分を補間することにより、第2の画像データを生成する画像処理装置であって、
    前記第1の画像データにおける緑色成分及び青色成分の画素において赤色成分を補間する赤色補間手段と、
    前記第1の画像データにおける赤色成分及び緑色成分の画素において青色成分を補間する青色補間手段と、
    前記赤色補間手段による赤色成分の補間及び前記青色補間手段による青色成分の補間がなされた前記第1の画像データに対して倍率色収差の補正を行う倍率色収差補正手段と、
    前記倍率色収差補正手段での倍率色収差の補正がなされた前記第1の画像データにおける、緑色成分を含まない画素に対して、緑色成分を補間する緑色補間手段と、
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記倍率色収差補正手段での倍率色収差の補正がなされた前記第1の画像データにおいて、補間対象の画素から2画素上と2画素下の画素における赤色成分同士又は青色成分同士の相関である第1の相関と、該補間対象の画素から2画素左と2画素右の画素におけるR成分同士又はB成分同士のうち第1の相関に関する色成分と同じ色成分の相関である第2の相関とを比較する比較手段を更に備え、
    前記緑色補間手段は、前記第1の相関が前記第2の相関よりも大きい場合は前記補間対象の画素から1画素上と1画素下の画素の緑色成分に基づいて緑色成分を補間し、前記第2の相関が前記第1の相関よりも大きい場合は前記補間対象の画素から1画素左と1画素右の画素の緑色成分に基づいて緑色成分を補間することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記赤色補間手段は、赤色成分が補間される前の前記第1の画像データにおいて、補間対象の画素から1画素上と1画素下の画素が赤色成分の画素である場合は該補間対象の画素から1画素上と1画素下の画素の赤色成分に基づいて赤色成分を補間し、前記補間対象の画素から1画素左と1画素右の画素が赤色成分の画素である場合は該補間対象の画素から1画素左と1画素右の画素の赤色成分に基づいて赤色成分を補間し、前記補間対象の画素から1画素右上、1画素左上、1画素右下、及び、1画素左下の画素が赤色成分の画素である場合は該補間対象の画素から1画素右上、1画素左上、1画素右下、及び、1画素左下の画素の赤色成分に基づいて赤色成分を補間することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。
  4. 前記青色補間手段は、青色成分が補間される前の前記第1の画像データにおいて、補間対象の画素から1画素上と1画素下の画素が青色成分の画素である場合は該補間対象の画素から1画素上と1画素下の画素の青色成分に基づいて青色成分を補間し、前記補間対象の画素から1画素左と1画素右の画素が青色成分の画素である場合は該補間対象の画素から1画素左と1画素右の画素の青色成分に基づいて青色成分を補間し、前記補間対象の画素から1画素右上、1画素左上、1画素右下、及び、1画素左下の画素が青色成分の画素である場合は該補間対象の画素から1画素右上、1画素左上、1画素右下、及び、1画素左下の画素の青色成分に基づいて青色成分を補間することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  5. 前記赤色補間手段での赤色成分の補間及び前記青色補間手段での青色成分の補間に先立って前記第1の画像データに対してシェーディング補正を行うシェーディング補正手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  6. 前記赤色補間手段での赤色成分の補間及び前記青色補間手段での青色成分の補間に先立って前記第1の画像データに対して傷補正を行う傷補正手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  7. 前記緑色補間手段での緑色成分の補間がなされた前記第1の画像データに対して歪曲収差補正を行う歪曲収差補正手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  8. 光電変換により取得された、赤色成分の画素信号、緑色成分の画素信号、及び、青色成分の画素信号がベイヤー配列に並んだ第1の画像データにおいて、各画素に色成分を補間することにより、第2の画像データを生成する画像処理方法であって、
    前記第1の画像データにおける緑色成分及び青色成分の画素において赤色成分を補間する赤色補間工程と、
    前記第1の画像データにおける赤色成分及び緑色成分の画素において青色成分を補間する青色補間工程と、
    前記赤色補間工程における赤色成分の補間及び前記青色補間工程における青色成分の補間がなされた前記第1の画像データに対して倍率色収差の補正を行う倍率色収差補正工程と、
    前記倍率色収差補正工程での倍率色収差の補正がなされた前記第1の画像データにおける、緑色成分を含まない画素に対して、緑色成分を補間する緑色補間工程と、
    を備えることを特徴とする画像処理方法。
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