JP2009290895A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の偏光子単位を備えるパターン化偏光子202であって、前記複数の偏光子単位は、カラー画素が二次元的に配列されたカラーモザイクフィルタ201の少なくとも1色のカラー画素に重なるように二次元的に配列されており、前記複数の偏光子単位は、透過偏波面の角度が相互に3種類以上に異なる偏光子単位を含む。また、前記偏光子単位の透過偏波面の角度は、1つのカラー画素内で一定であり、かつ、近傍配置された少なくとも3つの同一色のカラー画素では相互に異なっている。
【選択図】図2
Description
テムが必要である。これらは大掛かりなシステムになるうえ、各種の制約がある。たとえばカメラと被写体との距離がせいぜい数m程度までしかとれない、対象被写体が固形物で明るい拡散物体に限られるなどの制約である。これでは遠距離の屋外シーン撮影や髪の毛や衣服が重要な人物撮影には利用できない。
は、それぞれ、R(赤)およびB(青)の画素を示しており、これらの画素位置には偏光子が設けられていない。すなわち、この画素配置では、G2画素のみが偏光画素として機能することになる。
偏光子単位の透過偏波面の角度との関係を正弦関数で近似する偏光情報処理部と、カラー輝度の補間を行うことにより、注目画素で得られないカラー輝度を得てカラー輝度画像を生成するカラーモザイク補間部とを有する。
子単位は、透過偏光面の角度がお互いにθ°だけ異なる(180/θ)種類の偏光子単位からなる組が周期的に配列された構成を有しており、前記特定色の画素以外の画素に対応する偏光子単位は、透過偏光面の角度が異なる2種類の偏光子単位からなる組が周期的に配列された構成を有している。
実施形態1:カラーモザイクのうち、G画素だけに偏光子を配置する。
実施形態2:カラーモザイクにおけるR、G、Bの全ての画素に偏光子を配置する。
実施形態3:カラーモザイクにおけるGとRまたはGとBのみに偏光子を配置する。
実施形態4:実施形態1と同様に4種類の偏光子がG画素のみに設けられているが、隣接する3種類の偏光子を選択して偏光情報取得とカラー補間を行う。
図1は、本明細書で説明する本発明の実施形態のすべてに共通する基本的な構成を示すブロック図である。本実施形態の装置は、被写体からリアルタイムにカラー画像情報を取得すると同時に偏光画像情報を取得し、2種類の偏光画像(偏光度画像ρおよび偏光位相画像φ)として出力することができる。偏光度画像ρと偏光位相画像φは静止、動画のどちらの場合もありえる。
部103に送られる。これらの画素信号は、偏光情報処理部103で処理され、偏光度画像フレームメモリ105および偏光位相画像フレームメモリ106に格納される。偏光度画像フレームメモリ105からは偏光度画像(ρ)のデータが出力され、偏光位相画像フレームメモリ106から偏光位相画像(φ)のデータが出力される。
設けられていないため、「非偏光画素」と称することができる。
図8のR33を例に説明する。図8において、R11、R13、R31、R33は、それぞれ、画素座標(x:横、y:縦)=(1、1)、(1、3)、(3、1)、(3、3)におけるR画素を示す。また、B22、B24、B42、B44は、それぞれ、画素座標(2、2)、(2、4)、(4、2)、(4、4)におけるB画素を示す。これらR画素およびB画素は、非偏光画素である。
示し、Nはサンプル数(ここでは4)である。
0°、45°、90°、135°のときに限り、以下の(式6)〜(式8)に示すように、最小2乗法を用いることなく、直接、観測輝度から(式5)の結果を求めることができる。
R画素において補間すべきカラー輝度はBおよびGの輝度である。B輝度については、図8のR33の近傍8連結位置にある4点のB画素における輝度の平均値をB輝度の補間値とする。
図8のB22を例に説明する。B画素であるB22の近傍には、偏光主軸の方向が異なる4つの偏光画素(G1)12、(G2)21、(G3)32、(G4)23が配置されているため、R画素について説明した方法と同様の方法により、偏光情報が得られる。
B画素において、補間すべきカラー輝度は、RおよびGの輝度である。Rの輝度については、以下の(式13)に示すように、図8のB22の近傍8連結位置に存在する4種のR画素における観測輝度の平均をとってR輝度の補間値とする。
図10の(G4)23を例に説明する。図10に示す添え字の意味などは、図8に示すものと同一である。
いて輝度カーブを決定するものである。
G画素は、偏光子単位が設けられた画素であるため、当該画素位置では、RおよびBの輝度のほかに、本来のG輝度も算出することが必要である。
また偏光位相画像フレームメモリ106内に偏光位相画像φ(x,y)のデータが生成さ
れる。これらの画像のサイズは、その作成過程からわかるように、カラーモザイク画像の画像サイズに等しくなる。結果として、G画素にのみパターン化偏光子を配置しただけにもかかわらず、フルカラー画像I(x、y)と同じ解像度で偏光情報を得ることが可能になる。
以下、本発明による画像処理装置の第2の実施形態を説明する。
4が配置されている。G1〜G4の画素配置は、図4に示したG1〜G4の画素配置と同一である。本実施形態の画素配置が図4の画素配置と異なる点は、G画素に偏光子単位を設けることに加えて、R1(偏光主軸方向=0°)およびR3(偏光主軸方向=90°)をR画素の位置に配置するとともに、B2(偏光主軸方向=45°)およびB4(偏光主軸方向=135°)をB画素の位置に配置していることにある。
の透過特性1801とが示されている。偏光特性1802、1803は、それぞれ、TM波およびTE波の透過率を示している。
図19の(R1)33を例にとり説明する。
本実施形態のR画素には偏光子単位が設けられているため、R画素においては、GおよびBの輝度だけではなく、Rの輝度を含む全てのカラー輝度を推定する必要がある。
ここでは、図19の(B2)22を例に説明する。偏光情報は、R画素と同様に、周辺のG1〜G4画素における観測輝度から得られるため、説明は省略する。
図19の(B2)22を例に説明する。R、G、B全てのカラー輝度を求める必要がある。
図21の(G4)23を例に説明する。この画素の近傍4連結位置には、R1、R3、B2、B4が存在する。しかし、R光およびB光の偏光主軸角度は、それぞれ、2つしかない。正弦関数パラメータA、B、Cを決定するには、最低3つの異なる偏光主軸角度における観測輝度が必要であるため、同一カラーについて2つの偏光主軸角度における輝度しか観測されない場合、正弦関数パラメータを決定できない。この問題を解決するため、(式19)を用いる。
図21の(G4)23を例にとり、R、G、Bのカラー輝度を以下のように補間、推定する。
(式25) (式26)を用いてRとB輝度が補間され、ステップS2309では、G輝
度が直前に補間されたB輝度またはR輝度に基づき(式27)などを用いて補間される。補間された画素の輝度値(RGB)は、ステップS2310においてカラー画像フレームメモリ104に格納される。
ータが、また偏光位相画像フレームメモリ106内に偏光位相画像φ(x,y)のデータ
が生成される。これらの画像のサイズは、その作成過程からわかるようにカラーモザイク画像の画像サイズに等しくなる。結果として、フルカラー画像I(x、y)と同じ解像度にて偏光情報を得られる効果を有する。
以下、本発明による画像処理装置の第3の実施形態を説明する。
(3−1) R画素として位相が90°異なる偏光主軸を有する2種類の偏光子単位のみを配置する。
(3−2) G1〜G4画素の全ての近傍2連結位置に、必ず異なる2種類のR画素が存在することである。
図27の(R1)33を例に説明する。R画素(R1)33の近傍4連結位置には、G1からG4までの同色でかつ異なる4種類の偏光画素(G1)43、(G2)34、(G3)32、(G4)23が配置されており、ここから偏光情報が第1の実施形態と同様に得られることになる。詳細は省略する。なお、これは全てのR1、R3の画素位置で成り立つ。
R画素は、偏光子単位が設けられた偏光画素であるため、R画素位置におけるR、G、Bの全てのカラー輝度を推定する必要がある。
図27のB22を例に説明すると、偏光情報については、R画素と同様に周辺のG1〜G4を利用して得られるので説明を省略する。
おなじく図28のB22を例に説明する。求めるのは、R、Gのカラー輝度である。まずRについては、90°角度が異なるR1とR3が周辺画素内に存在するため、これらの平均で偏光の効果を打ち消して求められる。
図28の(G4)23を例にとり説明する。この画素の近傍4連結位置には、偏光画素としてはR1、R3のみが存在するため、実施形態1と同様に近傍8連結位置に存在する4種のG1〜G4の画素(G1)12、(G3)14、(G3)32、(G2)34における観測輝度に基づいてG輝度カーブを決定することにより偏光情報を得る。ただし、R、B画素の場合と異なり、G3の情報が2個重複するため、以下の2つの手法のいずれを用いてもよい。
G画素は偏光子単位が設けられた偏光画素であるため、当該位置では、RおよびBの輝
度のほかにGの輝度も算出することが必要である。まず、RおよびBの輝度補間を説明する。
以下、本発明による画像処理装置の第4の実施形態を説明する。
図30および図31に示すとおり、本実施形態における各三角形画素は、隣接する4種類の偏光子単位1〜4から1個の偏光画素が欠落した構成を有している。本実施形態では、各三角画素の頂点に位置する3種の偏光子単位から得られる偏光情報に基づいて、正弦関数パラメータA、B、Cを求める。
図32は、図29(a)における三角形画素の集合を描いたものであり、三角形の各頂点(a)〜(i)がGの偏光画素1、2、3、4のいずれかに対応する。図32に示すように、本実施形態ではカラー輝度補間も三角形画素を単位として実施する。
輝度であるGdは、各頂点画素における観測輝度をIa〜Ieとすると、以下の(式35)
および(式36)によって求めることができる。
図33は、図32に示す三角形画素のBのカラー輝度を取得するために必要な画素を示す図である。図33に示される9つの頂点(a)〜(i)は、三角形画素の頂点に位置しており、Gの偏光画素1、2、3、4のいずれかに対応している。図33には、補間に必要なデータを取得するための画素位置として、上記の頂点(a)〜(i)によって構成される三角形画素の外側の4つの頂点(α)(β)(γ)(δ)、さらに外側の頂点(μ)(ν)も図示されている。
図34は、図32に示す三角形画素のRのカラー輝度を取得するために必要な画素を示す図である。補間に必要なデータを取得するため、頂点(a)〜(i)からなる三角形画素の外側のG画素位置である4つの頂点(ε)(ζ)(η)(θ)も描かれている。ここで、R画素が存在するのは、先ほどのB画素と同様の考え方によれば、斜線をほどこした領域である。具体的には、斜め正方形(a)(b)(e)(d)、斜め正方形(e)(f)(i)(h)の位置、三角形(ε)(c)(b)、三角形(c)(ζ)(f)、三角形(d)(g)(η)、三角形(g)(h)(θ)である。R画素を持たない三角形画素の補間は、B画素の補間と同様にして、以下(式39)(式40)によって算出することができる。
場合、適宜、表示装置における画素配列と整合するように画像データを処理する必要がある。このような処理は、表示装置の側で行っても良いが、本実施形態の画像処理装置内で行った上で外部に出力する構成を採用しても良い。
φ(x,y)のデータが生成される。これらの画像のサイズは、その作成過程からわかる
ように、カラーモザイク画像の画像構造とは異なり、三角形画素の構造となる。結果として、G画素にのみパターン化偏光子を配置しただけにもかかわらずフルカラー画像I(x、y)と同じ画素構造および解像度にて偏光情報を得ることが可能になる。
101 カラー偏光取得部
102 偏光情報処理部
103 カラーモザイク補間部
104 カラー画像フレームメモリ
105 偏光度画像フレームメモリ
106 偏光位相画像フレームメモリ
107 モザイク画像フレームメモリ
Claims (6)
- 複数の偏光子単位を備えるパターン化偏光子であって、
前記複数の偏光子単位は、カラー画素が二次元的に配列されたカラーモザイクフィルタの少なくとも1色のカラー画素に重なるように二次元的に配列されており、
前記複数の偏光子単位は、透過偏波面の角度が相互に異なる偏光子単位を含み、
前記偏光子単位の透過偏波面の角度は、1つのカラー画素内で一定であり、かつ、近傍配置された少なくとも3つの同一色のカラー画素では相互に異なっている、パターン化偏光子。 - 前記複数の偏光子単位は市松模様状に配列され、隣接する偏光子単位の間には偏光子単位が配置されていない請求項1に記載のパターン化偏光子。
- 前記複数の偏光子単位は、透過偏光面の角度がお互いにθ°だけ異なる(180/θ)種類の偏光子単位からなる組が周期的に配列された構成を有している請求項2に記載のパターン化偏光子。
- 前記複数の偏光子単位は、
市松模様状に配列された特定色の画素に対応する偏光子単位と、
前記市松模様状に配列された特定色の画素以外の画素に対応する偏光子単位と、
を含む請求項1に記載のパターン化偏光子。 - 前記市松模様状に配列された特定色の画素に対応する偏光子単位は、透過偏光面の角度がお互いにθ°だけ異なる(180/θ)種類の偏光子単位からなる組が周期的に配列された構成を有しており、
前記特定色の画素以外の画素に対応する偏光子単位は、透過偏光面の角度が異なる2種類の偏光子単位からなる組が周期的に配列された構成を有している、請求項1に記載のパターン化偏光子。 - 複数の偏光子単位を備えるパターン化偏光子と、
カラー画素が二次元的に配列されたカラーモザイクフィルタと、
を備え、
前記複数の偏光子単位は、前記カラーモザイクフィルタの少なくとも1色のカラー画素に重なるように二次元的に配列されており、
前記複数の偏光子単位は、透過偏波面の角度が相互に異なる偏光子単位を含み、
前記偏光子単位の透過偏波面の角度は、1つのカラー画素内で一定であり、かつ、近傍配置された少なくとも3つの同一色のカラー画素では相互に異なっている、単板カラー撮像素子。
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