JP2009130764A - 画素補間方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像処理回路3は、RGBベイヤ配列の画素を入力する。彩度値算出回路31は、注目画素の周辺領域の彩度を評価する彩度係数KLを算出する。相関値算出回路32は、グレー画像用とカラー画像用の相関値を算出する。彩度係数KLが閾値TH1より大きい場合には、カラー画像用の相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法とが選択され、彩度係数KLが閾値TH1以下で閾値TH2より大きい場合には、グレー画像用・カラー画像用の相関値から総合判断して得られた相関値を用いた相関判定方法と、カラー画像用の画素補間方法とが選択され、彩度係数KLが閾値TH2以下の場合には、グレー画像用の相関判定方法とグレー画像用の画素補間方法とが選択される。
【選択図】図17
Description
を備えることを特徴とする。
<1.デジタルカメラの全体概略構成>
図1は、本発明に係るデジタルカメラ10を示すブロック図である。デジタルカメラ10は、撮像素子1、信号処理回路2、画像処理回路3、メモリ5を備えている。撮像素子1は、RGBベイヤ配列の色フィルタアレイを備えた単板式のCCDであり、1画素からはRGBいずれかの色成分の画素信号が出力される。具体的には、たとえば奇数番目の水平ラインがG→R→G→R→・・・とG信号とR信号とが交互に出力されるラインとすると、偶数番目の水平ラインは、B→G→B→G→・・・とB信号とG信号とが交互に出力されるラインである。なお、撮像素子1として、CMOSセンサを用いても良い。
次に、以下の説明および図面におけるベイヤ配列の画素の表記方法について説明する。まず、5×5のマトリクス領域の画素を図2(a)のように表す。図2(a)における記号Pは、画素がRGBいずれの色成分であるかを考慮しない表記である。これに対して、図2(b)〜(e)においては各画素の色成分を区別して表記している。記号Rは赤色画素、記号Gは緑色画素、記号Bは青色画素であることを示している。また、図2および図5〜図16において、G画素は実線の円で描き、R画素およびB画素は破線の円で描いている。
次に、彩度値算出回路31により実行される彩度値算出処理の内容について詳細に説明する。彩度値算出回路31は、注目画素を含むマトリクス領域(これは注目画素及びその周辺画素で構成される)の色差成分を分析し、この領域の彩度評価値を算出する。この彩度評価値は、後工程である選択工程において、処理対象となる領域が彩度の高い画像(以下、カラー画像とする。)であるか、彩度の低い画像(以下、グレー画像とする。)であるかを判定するために利用される。
まず、第1の色差成分評価値の算出方法について説明する。第1の色差成分評価値は、青空や模様のない壁等、平坦部分(低周波領域)の色差成分の評価に適している。ここでいう平坦部分とは、特定の方向について強い相関を持たないような領域である。第1の色差成分評価値を算出するために、まず、注目画素を中心とする3×3のマトリクス領域に含まれるRGB各色の画素値の平均値Rave,Gave,Baveを算出する。平均値Rave,Gave,Baveは、一般的には、数1式のように表される。数1式中、NR、NG、NBは、それぞれマトリクス領域内に存在するR,G,B画素の数であり、Σの項は、各色成分の累積画素値を示している。
次に、第2の色差成分評価値の算出処理について説明する。マトリクス領域内に相関の強い方向があり、色差成分値の算出方法次第によっては、彩度値が大きく変化するような領域の色差成分の評価に適している。たとえば、上述したように、レトマチャートなどの高周波成分を含むグレー画像においては、(3−1)で求めた第1の色差成分評価値を彩度評価値として採用した場合、誤ってカラー画像であると判定される場合がある。そこで、このような特定の方向に強い相関を持つ画像に対する色差成分評価値を適切に求めるために、以下の処理を実行する。
彩度値算出回路31は、以上、(3−1),(3−2)で示した演算方法により3つの色差成分評価値Lglobal,Lvertical,Lhorizontalを算出すると、さらに、数11式で表される演算処理を実行することにより、色差成分評価値Lglobal,Lvertical,Lhorizontalの最小値(つまり、色差成分のレベルが最小のもの)を算出する。この最小値が、処理対象であるマトリクス領域の彩度評価値Lとして採用される。言い換えると、この彩度評価値Lは、各注目画素に対応して決定される彩度値である。なお、数11式中、min(x,y,z)は、x,y,zの最小値を表している。また、上述したように、第2の色差成分評価値としてLvertical,Lhorizontalに加えて、斜め方向の色差成分評価値を算出するようにしてもよいが、この場合には、斜め方向の色差成分評価値も含めた評価値の中から最小値となるものを選択するようにすればよい。
相関値算出回路32は、注目画素と注目画素周辺の画素信号を用いて、マトリクス領域内における4つの方向の相関値を算出する。ここでは、図4に示すように、水平方向、垂直方向、水平方向から時計回りに45度傾いた斜めA方向、斜めA方向と直交する斜めB方向について、相関値を算出する。具体的には、注目画素とこれら4つの方向に存在する画素との間での画素値の差分である画素差分値を算出し、各方向について画素差分値を累積することによって相関値を求める。
(4−1−1)中心画素がGの場合
まず、注目画素がG画素である場合のカラー画像用の相関値算出方法について説明する。つまり、マトリクス領域の画素配列が、図2(b)あるいは図2(e)である場合の相関値算出方法である。垂直方向の相関値は、数13式により算出される。また、図5は、垂直方向の相関値の算出方法を図示したものであり、図5(a)は、G画素に関する相関算出方法、図5(b)は、R画素およびB画素に関する相関算出方法を図示したものである。このように、カラー画像用の相関値は、全ての色成分の画素差分値を考慮するようにしている。なお、図5〜図16において、図中の矢印で結ばれた2つの画素は、画素差分値を算出する対象であることを示している。
次に、注目画素がBまたはR画素である場合のカラー画像用相関値の算出方法について説明する。つまり、マトリクス領域の画素配列が図2(c)あるいは図2(d)である場合の相関値算出方法である。垂直方向の相関値は、数17式により算出される。また、図9は、垂直方向の相関値の算出方法を図示したものであり、図9(a)は、G画素に関する相関算出方法、図9(b)は、R画素およびB画素に関する相関算出方法を図示したものである。
彩度の低いグレー画像では注目画素がRGBいずれの画素であるかを区別せずに相関値を算出する。つまり、マトリクス領域内の画素配列が図2(b)〜図2(e)のいずれであるかに関わらず、以下の共通の演算方法により相関値を算出する。垂直方向の相関値は、数21式により算出される。また、図13は、垂直方向の相関値の算出方法を図示したものである。
選択回路33は、彩度値算出回路31が算出した彩度係数KLと閾値TH1,TH2(TH1≧TH2)との関係に基づいて相関判定方法と画素補間方法とを選択する。具体的には、相関判定方法の選択とは、グレー画像用の相関値を採用して相関方向を判定するのか、カラー画像用の相関値を採用して相関方向を判定するのか、あるいは、グレー画像用とカラー画像用の相関値を総合判断して選択された相関値を用いて相関方向を判定するかの選択である。また、画素補間方法の選択とは、グレー画像用とカラー画像用のうちいずれの画素補間方法を採用するかの選択である。
相関判定方法・・・カラー画像用の相関値を用いて相関方向を判定する。
画素補間方法・・・カラー画像用の画素補間方法を用いる。
相関判定方法・・・カラー画像用の相関値とグレー画像用の相関値とを総合判断して選択された相関値を用いて相関方向を判定する。
画素補間方法・・・カラー画像用の画素補間方法を用いる。
相関判定方法・・・グレー画像用の相関値を用いて相関方向を判定する。
画素補間方法・・・グレー画像用の画素補間方法を用いる。
数25式に示すように、カラー画像用の相関値を判定用相関値Cv,Ch,CdA,CdBとして用いる。
数26式に示すように、グレー画像用の相関値を判定用相関値Cv,Ch,CdA,CdBとして用いる。
グレー画像用の相関値とカラー画像用の相関値を総合判断して、判定用相関値Cv,Ch,CdA,CdBを決定する。この判断方法について、以下詳述する。
Cv=Cv_c
となる。
Cv=Cv_m
となる。
Ch=Ch_c
となる。
Ch=Ch_m
となる。
Cv=Cv_c
Ch=Ch_c
となる。
Cv=Cv_m
Ch=Ch_m
となる。
CdA=CdA_c
となる。
CdA=CdA_m
となる。
CdB=CdB_c
となる。
CdB=CdB_m
となる。
CdA=CdA_c
CdB=CdB_c
となる。
CdA=CdA_m
CdB=CdB_m
となる。
上述したように、選択回路33において判定用相関値Cv,Ch,CdA,CdBが選択されると、画素信号と、判定用相関値に関する情報を含む選択情報とが、第1相関判定回路341および第2相関判定回路342に出力される。つまり、選択回路33で算出された判定用相関値Cv,Ch,CdA,CdBの値が、第1・第2相関判定回路341,342の両方に出力され、信号処理回路2から入力した画素信号も、第1・第2相関判定回路341,342の両方に出力される。第1相関判定回路341および第2相関判定回路342は、判定用相関値Cv,Ch,CdA,CdBに基づいて、注目画素における相関関係を判定する処理部である。第1相関判定回路341は、注目画素における相関関係を高く評価して相関方向を判定する。第2相関判定回路342は、第1相関判定回路341と比較すると、注目画素における相関関係を低く評価して相関方向を判定する。
第1補間回路351および第2補間回路352において実行される画素補間処理について説明する。第1補間回路351および第2補間回路352は、上述したように、第1相関判定回路341・第2相関判定回路342において決定された相関方向について画素補間処理を行う。そして、第1補間回路351および第2補間回路352は、選択回路33から出力された選択情報に基づいてグレー画像用あるいはカラー画像用のいずれの画素補間処理を実行する。つまり、選択回路33において、上記(c)のパターンが選択されている場合には、グレー画像用の画素補間処理を実行し、上記(a)あるいは(b)のパターンが選択されている場合には、カラー画像用の画素補間処理を実行する(<5.相関判定方法と画素補間方法の選択>の項を参照)。
選択回路33において上記(c)のパターンが選択されている場合には、第1相関判定回路341・第2相関判定回路342において決定された相関方向について、グレー画像用の画素補間処理が実行される。グレー画像用の画素補間は注目画素がRGBいずれの色成分の画素であるかを区別せずに、決定された相関方向に存在する画素を用いて画素補間処理を行う。つまり、注目画素がRGBいずれの画素であるか、注目画素の周辺の画素がRGBいずれの画素であるかという点は考慮せず、注目画素をその周辺の画素を用いて補間するのである。
選択回路33において、上記(a)あるいは(b)のパターンが選択されている場合には、第1補間回路351・第2補間回路352は、第1相関判定回路341・第2相関判定回路342において決定された相関方向について、カラー画像用の画素補間処理を実行する。カラー画像用の画素補間は、注目画素がRGBいずれの色成分の画素であるかによって補間演算方法が異なる。つまり、第1相関判定回路341・第2相関判定回路342において決定された相関方向に存在する補間対象となる画素と同色の画素を用いて画素補間処理を行う。
第1補間回路351は、各画素について画素補間処理を実行すると、補間された完全な画素信号を第1色空間変換回路361に出力する。つまり、第1色空間変換回路361が入力する信号は、各画素がRGB全ての色成分の信号を備えている。また、第2補間回路352は、各画素について画素補間処理を実行すると、補間された完全な画素信号を第2色空間変換回路362に出力する。つまり、第2色空間変換回路362が入力する信号は、各画素がRGB全ての色成分の信号を備えている。
図22は、第2の実施の形態における相関判定方法と画素補間方法の判定基準を示す図である。第1の実施の形態においては、図17に示したように、選択回路33は、2つの閾値TH1,TH2を用いて相関判定方法と画素補間方法とを選択した。第2の実施の形態においては、図22に示すように、選択回路33は、3つの閾値TH1,THM,TH2(TH1≧THM≧TH2)を用いて次のように、相関判定方法と画素補間方法とを選択する。
相関判定方法・・・カラー画像用の相関値を用いて相関方向を判定する。
画素補間方法・・・カラー画像用の画素補間方法を用いる。
相関判定方法・・・カラー画像用の相関値とグレー画像用の相関値とを総合判断して選択された相関値を用いて相関方向を判定する。
画素補間方法・・・カラー画像用の画素補間方法を用いる。
相関判定方法・・・グレー画像用の相関値を用いて相関方向を判定する。
画素補間方法・・・カラー画像用の画素補間方法を用いる。
相関判定方法・・・グレー画像用の相関値を用いて相関方向を判定する。
画素補間方法・・・グレー画像用の画素補間方法を用いる。
32 相関値算出回路
33 選択回路
341 第1相関判定回路
342 第2相関判定回路
351 第1補間回路
352 第2補間回路
361 第1色空間回路
362 第2色空間回路
Claims (10)
- a)所定の色空間の画素信号を入力する工程と、
b)注目画素及びその周辺画素で構成される領域の彩度評価値を算出する工程と、
c)前記彩度評価値に基づいて前記注目画素における相関判定方法と画素補間方法とを選択する工程と、
d)選択された画素補間方法を用いて、選択された相関判定方法により決定された相関方向に関して前記注目画素の画素補間処理を実行する工程と、
を備え、
前記工程c)は、所定の2つの閾値TH1,TH2(ただし、TH1≧TH2とする。)を用いて、前記彩度評価値が閾値TH2以下の場合には、グレー画像用の相関判定方法とグレー画像用の画素補間方法とを選択し、前記彩度評価値が閾値TH2より大きく閾値TH1以下の場合には、グレー画像用およびカラー画像用の相関値から選択された相関値を用いた相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法とを選択し、前記彩度評価値が閾値TH1より大きい場合には、カラー画像用の相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法とを選択することを特徴とする画素補間方法。 - 請求項1に記載の画素補間方法において、
前記工程c)は、
c−1)前記彩度評価値が閾値TH2より大きく閾値TH1以下の場合には、グレー画像用およびカラー画像用の相関値のうち、前記注目画素における相関をより高く反映していると判定される相関値を用いた相関判定方法を選択する工程、
を含むことを特徴とする画素補間方法。 - a)所定の色空間の画素信号を入力する工程と、
b)注目画素及びその周辺画素で構成される領域の彩度評価値を算出する工程と、
c)前記彩度評価値に基づいて前記注目画素における相関判定方法と画素補間方法とを選択する工程と、
d)選択された画素補間方法を用いて、選択された相関判定方法により決定された相関方向に関して前記注目画素の画素補間処理を実行する工程と、
を備え、
前記工程c)は、所定の3つの閾値TH1,THM,TH2(ただし、TH1≧THM≧TH2とする。)を用いて、前記彩度評価値が閾値TH2以下の場合には、グレー画像用の相関判定方法とグレー画像用の画素補間方法とを選択し、前記彩度評価値が閾値TH2より大きく閾値THM以下の場合には、グレー画像用の相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法とを選択し、前記彩度評価値が閾値THMより大きく閾値TH1以下の場合には、グレー画像用およびカラー画像用の相関値から選択された相関値を用いた相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法とを選択し、前記彩度評価値が閾値TH1より大きい場合には、カラー画像用の相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法とを選択することを特徴とする画素補間方法。 - 請求項3に記載の画素補間方法において、
前記工程c)は、
c−1)前記彩度評価値が閾値THMより大きく閾値TH1以下の場合には、グレー画像用およびカラー画像用の相関値のうち、前記注目画素における相関をより高く反映していると判定される相関値を用いた相関判定方法を選択する工程、
を含むことを特徴とする画素補間方法。 - 請求項2または請求項4に記載の画素補間方法において、
前記工程c−1)は、互いに直交する第1の方向と第2の方向について、グレー画像用の第1の方向に関する相関値とグレー画像用の第2の方向に関する相関値との差分絶対値A1と、カラー画像用の第1の方向に関する相関値とカラー画像用の第2の方向に関する相関値との差分絶対値A2とを算出し、差分絶対値A1と差分絶対値A2との差分絶対値A3が所定の閾値THA以下であるとき、第1の方向および第2の方向については、グレー画像用とカラー画像用の相関値のうち、それぞれ相関の高い方の相関値を用いることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項2または請求項4に記載の画素補間方法において、
前記工程c−1)は、互いに直交する第1の方向と第2の方向について、グレー画像用の第1の方向に関する相関値とグレー画像用の第2の方向に関する相関値との差分絶対値A1と、カラー画像用の第1の方向に関する相関値とカラー画像用の第2の方向に関する相関値との差分絶対値A2とを算出し、差分絶対値A1と差分絶対値A2との差分絶対値A3が所定の閾値THAより大きいとき、差分絶対値A1の方が大きい場合には、第1の方向および第2の方向について、グレー画像用の相関値を用い、差分絶対値A2の方が大きい場合には、第1の方向および第2の方向について、カラー画像用の相関値を用いることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項5または請求項6に記載の画素補間方法において、
前記第1の方向は垂直方向であり、前記第2の方向は水平方向であることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項5または請求項6に記載の画素補間方法において、
前記第1の方向は水平方向に対して45度の傾きのある方向であることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の画素補間方法において、
前記工程b)は、
b−1)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、色成分ごとの画素平均値に基づく色差成分値から第1色差成分評価値を算出する工程と、
b−2)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、所定の方向に関する色差成分値を累積し、第2色差成分評価値を算出する工程と、
b−3)前記第1色差成分評価値と前記第2色差成分評価値とを比較して、色差成分のレベルが小さい方を前記彩度評価値として選択する工程と、
を備えることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項9に記載の画素補間方法において、
前記工程b−2)は、
b−2−1)前記注目画素の周辺画素を用いて、垂直方向に関して色差成分値を累積し、垂直色差成分評価値を算出する工程と、
b−2−2)前記注目画素の周辺画素を用いて、水平方向に関して色差成分値を累積し、水平色差成分評価値を算出する工程と、
を含み、
前記工程b−3)は、
b−3−1)前記第1色差成分評価値と前記垂直色差成分評価値と前記水平色差成分評価値とを比較して、最も色差成分のレベルが小さい評価値を彩度評価値として選択する工程、
を含むことを特徴とする画素補間方法。
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