JP2009017513A

JP2009017513A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2009017513A
Application number: JP2007180281A
Authority: JP
Inventors: Shinya Oita; 真也追田; Yukio Okano; 幸夫岡野
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】撮像装置において、高品位な画像を得ると共に、簡易な処理回路で補間演算を高速に行う。
【解決手段】撮像装置は、撮像ユニットと、補間演算処理等を行う画像信号処理装置３とを備える。撮像ユニットは、撮像素子と、一次元光学ローパスフィルタと、カラーフィルタとを有する。一次元光学ローパスフィルタは、光を一方向に分離させるものであり、分離方向と直交する方向（直交方向）の光に対するＭＴＦ特性の劣化を抑えることができる。画像信号は、緑ＲＡＷ画像３１ａ、赤ＲＡＷ画像３１ｂ、青ＲＡＷ画像３１ｃに分離され、緑ＲＡＷ画像３１ａに対して、一次元補間演算処理が行われる。この処理は、分離方向に対してのみ行われるので、直交方向の光学系の特性を損なうことがない。そのため、高品位な画像を得ることができる。また、一方向のみに補間処理を行うため、補間演算を簡易な処理回路で高速に行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に簡易な構成で高品位な画像を得る技術に関する。

従来、撮像素子上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色のカラーフィルタが形成された撮像装置がある（例えば、特許文献１乃至特許文献７参照）。これらの撮像装置において、撮像素子から得られた画像における各々の画素は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの一色に関する画素値のみを有する。この種の撮像装置において、カラーフィルタのＲ、Ｇ、Ｂ各色は、ベイヤー配列であるものが一般的である。従って、緑の画像信号（以下、緑画像という）は、市松模様状に出力される。

しかし、再生画像を得るためには、撮像素子の全画素について、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画素値が必要である。例えば、緑画像が出力されない画素の緑画像を補間するために、従来から、緑画像が出力されない画素の周辺の画素によって出力される緑画像を用いて補間演算を行うことにより、緑画像を補間する方法が知られている。

上記のような補間演算を行う撮像装置において、二次元の補間フィルタを使用するものがある。二次元の補間フィルタは、被写体からの光を分離する方向（以下、分離方向）、及びこの分離方向と直交する方向（以下、直交方向）に対してフィルタリングを行うので、分離方向、及び直交方向の光に対してＭＴＦ特性の劣化が生じる。画像の品位は、変調度や解像度に影響されるため、この種の撮像装置では高品位な画像が得られないという問題ある。また、二次元の補間演算は、演算に時間が掛かるという問題もある。
特開２００１−３２０７２０号公報特開２００４−１１２２７５号公報特開２００２−１５２７６１号公報特開平１１−４１６１３号公報特開２００１−２３１０５２号公報特開２００５−９４１２０号公報特許３０７９８３９号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高品位な画像が得られると共に、簡易な処理回路で補間演算を高速に行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、被写体からの光を分離させる光学ローパスフィルタと、各画素に対応してＲ、Ｇ、Ｂ各色のカラーフィルタがベイヤー配列され、該光学ローパスフィルタを介して入射した光を受光して光電変換を行い、画像信号を出力する撮像素子とを有する撮像手段と、前記画像信号に対して、各種の画像信号処理を行う画像信号処理手段と、装置各部を制御するための制御手段とを備える撮像装置において、前記光学ローパスフィルタは、光を一方向に分離させ、前記画像信号処理手段は、前記撮像手段から出力された前記画像信号に対して、前記光ローパスフィルタによる光の分離方向と同一方向に補間処理を行うものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記画像信号処理手段は、前記撮像手段から出力された前記画像信号のうちの緑画像信号に対して、前記光ローパスフィルタによる光の分離方向と同一方向に補間処理を行うものである。

本発明によれば、光学ローパスフィルタは、光を一方向に分離させ、画像信号処理手段は、撮像手段から出力された画像データに対して、光ローパスフィルタによる光の分離方向と同一方向に補間処理を行う。そのため、光学ローパスフィルタによる分離方向に対する直交方向の光の光学系の特性を損なうことがないので、高品位な画像を得ることができる。また、一方向のみに補間処理を行うため、簡易な処理回路で補間処理を行うことができ、製造コストを抑制することができると共に、補間演算を高速に行うことができる。

以下、本発明の一実施形態に係る撮像装置について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、撮像装置１の内部構成を示すブロック図であり、図２は、撮像ユニット２の内部構成を示すブロック図である。

撮像装置１は、被写体からの光を受光して光電変換を行い、画像信号を出力する撮像ユニット２と、撮像ユニット２から出力された画像信号に対して、輪郭補正処理やホワイトバランス処理等の各種の画像信号処理を行う画像信号処理装置（画像信号処理手段）３と、画像信号処理装置３から出力された画像信号の画像データを格納する記憶装置５とを備える。

また、撮像装置１は、撮像画像や各種のメッセージを表示するための表示装置６と、ユーザによって操作されることにより装置に指示を与える操作装置７と、装置各部を制御するための制御用マイコン（制御手段）４とをさらに備える。

撮像ユニット２は、図２に示すように、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）により構成され、被写体からの光を受光して光電変換を行い、アナログ画像信号を出力する撮像素子２４と、被写体からの光の焦点を撮像素子２４に合わせるレンズ２１と、レンズ２１を介して入射された光を分離させる一次元光学ローパスフィルタ２２とを有する。なお、撮像素子２４は、ＣＣＤから構成されているものに限られず、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）から構成されているものであってもよい。

また、撮像ユニット２は、撮像素子２４上に形成されたカラーフィルタ２３と、撮像素子２４から出力されるアナログ画像信号に各種の処理を行い、デジタル画像信号（以下、画像信号という）に変換して出力するアナログフロントエンド装置２５とをさらに有する。

一次元光学ローパスフィルタ２２は、光を一方向に分離させるものであり、分離させる方向（以下、分離方向）に対してフィルタリングを行うものである。そのため、分離方向と直交する方向（以下、直交方向という）の光に対するＭＴＦ特性の劣化を抑えることができる。

カラーフィルタ２３は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色がベイヤー配列状に形成されている。

画像信号処理装置３は、撮像ユニット２から出力された画像信号に対して、補間演算処理、輝度・色差信号処理、輪郭補正処理、及びホワイトバランスの調整処理等の処理を行う。

次に、画像信号処理装置３による補間演算処理について、図３を参照して説明する。図３は、撮像ユニット２から出力された画像信号に対して補間演算処理を行う際の流れを示す。

撮像ユニット２から出力された画像信号（画像）は、Ｒ、Ｇ、Ｂ色の各成分により、緑ＲＡＷ画像３１ａ、赤ＲＡＷ画像３１ｂ、青ＲＡＷ画像３１ｃとして分離される。そして、緑ＲＡＷ画像３１ａに対して、一次元補間演算処理が行われ、緑画像３２ａが生成される。一次元補間演算処理は、一次元光学ローパスフィルタの分離方向に対してのみ行われる。

赤ＲＡＷ画像３１ｂに対しては、赤色が欠落している画素の周囲の赤画素値を用いて、例えば、周囲の赤画素値の平均値を算出する等の補間処理を行い、赤画像３２ｂが生成される。

青ＲＡＷ画像３１ｃに対しては、青色が欠落している画素の周囲の青画素値を用いて、例えば、周囲の青画素値の平均値を算出する等の補間処理を行い、青画像３２ｃが生成される。

そして、緑画像３２ａ、赤画像３２ｂ、及び青画像３２ｃを合成し、合成した画像に対してホワイトバランス等の画像処理を行い、画像データを出力する。

次に、緑画像の一次元補間演算処理について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、補間演算処理前の緑ＲＡＷ画像を示し、図４（ｂ）は補間演算処理後の緑画像を示す。ここでは、白抜き矢印方向を分離方向とし、この方向に対して一次元補間演算処理を行うものとする。

緑ＲＡＷ画像は、図４（ａ）に示すように、撮像された緑画素Ｇ１〜Ｇ８が市松模様状に配列され、それ以外は空白画素Ｂ１〜Ｂ８である。補間演算は、分離方向に［１，１］の一次元補間フィルタを用いて行う。この場合、空白画素Ｂ１は、緑画素Ｇ２と同じ緑画素となる（図４（ｂ）参照）。なお、補間演算は、［１／２，１，１／２］等の一次元補間フィルタを用いてもよい。

次に、ＭＴＦ特性について、図５を参照して説明する。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、横軸が周波数を示し、縦軸がＭＴＦ値を示す。図５（ａ）は、一次元光学ローパスフィルタ２２を含む光学系のＭＴＦ特性を示すグラフである。Ａ１は、直交方向のＭＴＦ値を示し、Ｂ１は、分離方向のＭＴＦ値を示す。Ｂ１は、ナイキスト周波数付近でＭＴＦ値がほぼゼロになる。

図５（ｂ）は、一次元補間フィルタのローパス特性である。Ａ２は、直交方向のＭＴＦ値を示し、Ｂ２は、分離方向のＭＴＦ値を示す。ここでは、一次元補間フィルタとして、［１，１］を用いる。Ｂ２は、ナイキスト周波数付近でＭＴＦ値がほぼゼロになる。

図５（ｃ）は、緑画像に対して、図５（ａ）に示す光学系と、図５（ｂ）に示す一次元補間フィルタとを用いた場合のＭＴＦ値のグラフを示す。Ａ３は、直交方向のＭＴＦ値を示し、Ｂ３は、分離方向のＭＴＦ値を示す。

図５（ｃ）に示すように、一次元光学ローパスフィルタ２２と、一次元補間フィルタとを用いた場合、直交方向にＭＴＦ特性の劣化が生じない。また、緑画像のナイキスト周波数付近でＭＴＦ値がほぼゼロになるため、撮像素子２４の画素間における偽色の発生を抑制することができる。

上述したように、本実施形態に係る撮像装置１によれば、一次元光学ローパスフィルタ２２は、光を一方向に分離させ、画像信号処理装置３は、緑画像に対して、一次元補間フィルタを用いて分離方向に補間演算処理を行う。そのため、直交方向の緑画像の光学系の特性を損なうことがない。画像は、緑画像の変調度、解像度に影響されるので、上述したように、緑画像が高解像度である場合、高品位な画像を得ることができる。

また、一方向のみに補間処理を行うため、簡易な処理回路で補間処理を行うことができ、製造コストを抑制することができると共に、補間演算を高速に行うことができる。また、上述したように、一次元光学ローパスフィルタ２２、及び一次元補間フィルタを用いることにより、緑画像のナイキスト周波数付近のＭＴＦ値がほぼゼロになるので、偽色の発生を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略の構成図。上記撮像装置の撮像ユニットの内部構成を示すブロック図。上記撮像装置の画像信号処理装置の内部構成を示すブロック図。（ａ）は、上記画像信号処理装置により補間処理前の緑画像信号の状態を示し、（ｂ）は、上記画像信号処理装置により補間処理後の緑画像信号の状態を示す。（ａ）は一次元光学ローパスフィルタを含む光学系ＭＴＦ特性を示し、（ｂ）は１次元補間フィルタのＭＴＦ特性を示し、（ｃ）は、補間後の緑画像信号の周波数特性を示す。

符号の説明

１撮像装置
２撮像ユニット（撮像手段）
３画像信号処理装置（画像信号処理手段）
４制御用マイコン（制御手段）
２２一次元光学ローパスフィルタ（光学ローパスフィルタ）
２３カラーフィルタ
２４撮像素子

Claims

被写体からの光を分離させる光学ローパスフィルタと、各画素に対応してＲ、Ｇ、Ｂ各色のカラーフィルタがベイヤー配列され、該光学ローパスフィルタを介して入射した光を受光して光電変換を行い、画像信号を出力する撮像素子とを有する撮像手段と、
前記画像信号に対して、各種の画像信号処理を行う画像信号処理手段と、
装置各部を制御するための制御手段とを備える撮像装置において、
前記光学ローパスフィルタは、光を一方向に分離させ、
前記画像信号処理手段は、前記撮像手段から出力された前記画像信号に対して、前記光ローパスフィルタによる光の分離方向と同一方向に補間処理を行うことを特徴とする撮像装置。
前記画像信号処理手段は、前記撮像手段から出力された前記画像信号のうちの緑画像信号に対して、前記光ローパスフィルタによる光の分離方向と同一方向に補間処理を行うことを特徴とする撮像装置。