JP2010010958A - Multi-band image pickup method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体を4色以上の撮像バンド数で撮像する単板式の撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a single-plate type imaging apparatus that images a subject with the number of imaging bands of four or more colors.
従来、撮像装置には3原色のフィルタが用いられている。しかし、この3原色のフィルタでは色再現性が必ずしも良くないため、色フィルタの数を増やしてマルチバンド化することにより色再現性を向上することが試みられている。 Conventionally, filters of three primary colors are used in an imaging apparatus. However, since these three primary color filters do not necessarily have good color reproducibility, attempts have been made to improve color reproducibility by increasing the number of color filters and making them multiband.
例えば、マルチバンド化の方法としては、撮像光学系の光路中に設けた複数の色のフィルタを切り替えて、各色に対応する画像を順次取り込み、その後各画像を合成してカラー画像を得るもの(例えば、特許文献1参照)や、被写体からの入射光をハーフミラーやダイクロイックミラーで分離して、分離したそれぞれの入射光から、波長の異なる3色の分光画像を取得し、合計6色の画像を取得するようにしたもの(例えば、特許文献2参照)、単板型の撮像装置において、4色以上のフィルタを有する撮像素子を使用して撮像するもの(例えば、特許文献3参照)などが知られている。 For example, as a multiband method, a plurality of color filters provided in the optical path of the imaging optical system are switched, images corresponding to the respective colors are sequentially captured, and then the respective images are combined to obtain a color image ( For example, see Patent Document 1) or incident light from a subject is separated by a half mirror or a dichroic mirror, and spectral images of three colors having different wavelengths are acquired from the separated incident lights, for a total of six color images. (For example, refer to Patent Document 2), a single-plate type image pickup apparatus that uses an image sensor having filters of four or more colors (for example, refer to Patent Document 3), and the like. Are known.
とくに、4色以上のフィルタを使用する単板型撮像装置は、フィルタの入れ替え機構や光路の分割が不要なため、小型化が可能であり撮像時間を短時間にすることもできるという利点がある。 In particular, a single-plate type imaging device using four or more color filters has the advantage that it can be downsized and the imaging time can be shortened because no filter replacement mechanism or optical path division is required. .
たとえば、特許文献3に記載の撮像装置では、図16に示すように、被写体からの光をレンズ101で集光して規則的に配列された6色のカラーフィルタ102を経て、撮像素子103で受光し、アナログ信号に変換する。その後、このアナログ信号は、ゲイン調整部104を経由して、A/D変換部105でデジタル信号に変換される。さらに、撮像素子103で得られる1画素あたり1色の信号をマルチバンド色補間処理部106で補間処理することにより1画素あたり6色のデジタル信号に変換し、露出・色調整および画像出力フォーマット変換部107を経て、画像出力インタフェース108から6色の画像信号として出力する。なお、露出・色調整および画像出力フォーマット変換部107は、適切な露出の画像信号が得られるように、ゲイン調整部4の各色信号のゲインを決定するとともに、各色信号の信号レベル分布などに基づき、撮像素子3の露光時間を決定する。
For example, in the imaging device described in
しかしながら、上述のようなカラーフィルタを用いたマルチバンド画像撮像装置では、撮像素子の各画素に対して1色のフィルタが対応するため、その画素について他の色の信号を得ることができない。このため、上述の例のように、その画素の他の色信号については、周辺の画素信号から補間処理によって導出している。その結果、より多くの波長域でマルチバンド化するほど、各バンド画像の空間解像度が低下し、偽色等の発生が大きくなるという問題点がある。 However, in the multiband image pickup apparatus using the color filter as described above, one color filter corresponds to each pixel of the image pickup element, and thus signals of other colors cannot be obtained for the pixel. For this reason, as in the above-described example, other color signals of the pixel are derived from the surrounding pixel signals by interpolation processing. As a result, there is a problem that the spatial resolution of each band image is lowered and the occurrence of false colors and the like is increased as the number of bands is increased in more wavelength regions.
したがって、かかる点に着目してなされた本発明の目的は、空間解像度を低下させることなく、4色以上の撮像バンド数で被写体を撮像し、3色以上のカラー画像を得ることができる、色再現性に優れたマルチバンド撮像方法および装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made by paying attention to such a point is to provide a color image capable of capturing a subject with four or more imaging bands and obtaining a color image of three or more colors without reducing the spatial resolution. An object is to provide a multiband imaging method and apparatus excellent in reproducibility.
上記目的を達成する請求項1に記載のマルチバンド画像撮像方法の発明は、被写体像を4色以上のカラーフィルタを有する単板の撮像素子で撮像する方法であって、前記被写体像を1回目の撮像を行った後、前記カラーフィルタの第1の色のフィルタに結像する各光が、前記カラーフィルタの第1の色とは異なる第2の色のフィルタの位置に結像するように、前記被写体像を所定のシフト量分シフトさせて、2回目の撮像を行う撮像ステップと、 前記1回目の撮像と前記2回目の撮像とにより得られた撮影画像に基づいて、少なくとも3色以上のマルチバンド画像を生成するマルチバンド画像生成ステップと、を含むことを特徴とするものである。 The invention of the multiband image capturing method according to claim 1, which achieves the above object, is a method for capturing a subject image with a single-plate image sensor having color filters of four or more colors. After the image is taken, each light imaged on the first color filter of the color filter is imaged at the position of the second color filter different from the first color of the color filter. And at least three or more colors based on a captured image obtained by shifting the subject image by a predetermined shift amount to perform the second imaging, and the first imaging and the second imaging. And a multiband image generation step of generating a multiband image.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のマルチバンド画像撮像方法において、前記撮像ステップは、前記1回目の撮像と前記2回目の撮像とを、異なる撮像条件で複数組行う複数組撮像ステップと、前記複数組撮像ステップで得られた複数組の撮影画像から1組の撮影画像を選定する選定ステップとを含み、前記マルチバンド画像生成ステップは、前記選定ステップで選定された1組の撮影画像に基づいて、少なくとも3色以上のマルチバンド画像を生成することを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the multiband image capturing method according to the first aspect, the imaging step includes a plurality of sets in which the first imaging and the second imaging are performed under different imaging conditions. An imaging step, and a selection step of selecting a set of captured images from a plurality of sets of captured images obtained in the plurality of sets of imaging steps, wherein the multiband image generation step includes one set selected in the selection step A multiband image of at least three colors or more is generated based on the captured image.
請求項3に記載のマルチバンド画像撮像装置の発明は、被写体像を撮像光学系を介して4色以上のカラーフィルタを有する単板の撮像素子で撮像するマルチバンド画像撮像装置において、前記カラーフィルタの第1の色のフィルタに結像する各光が、前記カラーフィルタの第1の色とは異なる第2の色のフィルタの位置に結像するように、前記被写体像を選択的にシフトさせるシフト部と、前記シフト部による前記被写体像のシフトの前後において、前記撮像素子により撮像して得られた2枚の撮影画像に基づいて、少なくとも3色以上のマルチバンド画像を生成する画像処理部とを備えることを特徴とするものである。
The multiband image pickup device according to
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のマルチバンド画像撮像装置において、前記シフト部は、前記撮像光学系と前記撮像素子とを撮像平面内で、相対的にシフトさせることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the multiband image capturing apparatus according to the third aspect, the shift unit relatively shifts the imaging optical system and the imaging element within an imaging plane. It is what.
請求項5に記載の発明は、請求項3または4に記載のマルチバンド画像撮像装置において、前記カラーフィルタは、前記シフトの前において、前記第1の色および前記第2の色とは異なる第3の色のフィルタに結像した各光が、前記シフトの後において、前記第3の色と同じ色のフィルタの位置に結像するように配列されていることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the multiband image pickup device according to the third or fourth aspect, the color filter is different from the first color and the second color before the shift. Each light imaged on the filter of the three colors is arranged so as to form an image at the position of the filter of the same color as the third color after the shift.
請求項6に記載の発明は、請求項3〜5のいずれか一項に記載のマルチバンド画像撮像装置において、前記画像処理部は、前記シフトの前後においてそれぞれ撮像して得た2枚の撮影画像に基づいて、前記撮像バンド数より少ないバンド数を有する2枚の画像を生成し、該2枚の画像に対してそれぞれデモザイキング処理を行うことにより、マルチバンド画像を生成するマルチバンド画像合成部を備えることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the multiband image capturing apparatus according to any one of the third to fifth aspects, the image processing unit captures two images obtained by capturing images before and after the shift, respectively. Multi-band image synthesis that generates two images having a number of bands smaller than the number of imaging bands based on the image and generates a multi-band image by performing demosaicing processing on each of the two images It is characterized by providing a part.
本発明によれば、4色以上のカラーフィルタを有する単板の撮像素子を用い、被写体像を1回目の撮像を行った後、カラーフィルタの第1の色のフィルタに結像する各光が、カラーフィルタの第1の色とは異なる第2の色のフィルタの位置に結像するように、被写体像を所定のシフト量分シフトさせて、2回目の撮像を行い、1回目の撮像と2回目の撮像とにより得られた撮影画像に基づいて、少なくとも3色以上のマルチバンド画像を生成するようにしたので、3色の撮像バンドで撮像する場合と比較して、空間解像度を低下させることなく、4色以上の撮像バンド数で被写体を撮像し、3色以上のカラー画像を得ることができる。 According to the present invention, a single-plate image sensor having four or more color filters is used, and after taking a subject image for the first time, each light imaged on the first color filter of the color filter is The subject image is shifted by a predetermined shift amount so as to form an image at the position of the second color filter different from the first color of the color filter, and the second imaging is performed. Since a multiband image of at least three colors is generated based on the captured image obtained by the second imaging, the spatial resolution is lowered as compared with the case of imaging with the three color imaging bands. The subject can be imaged with the number of imaging bands of 4 colors or more, and a color image of 3 colors or more can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施の形態]
図1は、本発明の第1実施の形態に係るマルチバンド画像撮像装置の概略構成を示すブロック図である。このマルチバンド画像撮像装置1は、5色のフィルタよりなるカラーフィルタ11を有する撮像素子5を用い、この撮像素子5をシフトさせて撮像した2枚の画像を合成してマルチバンド画像を生成するものである。
[First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a multiband image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention. This multiband image pickup apparatus 1 uses an
マルチバンド画像撮像装置1は、撮像レンズ2、レリーズボタン3、撮像素子5、シフト駆動部6、画像処理部7、画像記憶部8、および、全体の動作を制御する制御部4を有する。
The multiband image pickup apparatus 1 includes an image pickup lens 2, a
レリーズボタン3が押下されると、制御部4は、撮像素子5に対して1回目の撮像を指示し、この撮像が完了すると、直ぐに制御部4は、シフト駆動部6によるシフト量を制御して撮像素子5をシフトさせ、その後、撮像素子5に2回目の撮像を指示する。これにより、1回目の撮像と2回目の撮像とを、短時間に連続して行う。ここで、制御部4とシフト駆動部6とは、シフト部を構成する。なお、シフト駆動部6は、手ぶれ補正で撮像素子をシフトさせるために用いられる超音波モータやピエゾ素子などの公知の機構を用いて構成することができる。
When the
次に、撮像素子5のカラーフィルタ11の画素構成とシフト量とについて説明する。
Next, the pixel configuration and shift amount of the color filter 11 of the
カラーフィルタ11は、図2(a)に示す単位配列のフィルタを、平面上に繰返し配列して構成される。この図において、Rは赤色、Oはオレンジ、Gは緑色、Cはシアン、Bは青色の各色を透過するフィルタを示している(以下、適宜赤色をR、オレンジをO、緑色をG、シアンをC、青色をBで表記する)。図2(a)に示すように、この単位配列は4行4列の16画素配列であり、左から順に1行目にはRGOG、2行目にはGBGC、3行目には1行目と同じくRGOG、4行目には2行目と同じくGBGCの各フィルタが配列されている。なお、以下では上記のような4行4列の単位配列のフィルタを、RGOG−GBGC−RGOG−GBGCのように表記する。ここで、R、O、Gはそれぞれ、第1の色、第2の色、第3の色である。 The color filter 11 is configured by repeatedly arranging filters in a unit arrangement shown in FIG. 2A on a plane. In this figure, R represents a filter that transmits red, O is orange, G is green, C is cyan, and B is blue (hereinafter, red is appropriately R, orange is O, green is G, and cyan). Is denoted by C and blue is denoted by B). As shown in FIG. 2A, this unit array is a 16-pixel array of 4 rows and 4 columns. From the left, the first row is RGOG, the second row is GBGC, and the third row is the first row. Similarly to the RGOG, the fourth row has GBGC filters arranged in the same manner as the second row. In the following, a filter with a unit array of 4 rows and 4 columns as described above is represented as RGOG-GBGC-RGOG-GBGC. Here, R, O, and G are the first color, the second color, and the third color, respectively.
制御部4は、このフィルタの画素の大きさに応じて、シフト駆動部6により撮像素子5を撮像素子の横方向(以下水平方向という)に2画素分シフトさせる。図2(b)は、カラーフィルタ11を撮像素子5と一体に(a)の状態から左に2画素シフトさせた状態を示している。このシフトにより、被写体像のシフト前のRフィルタの位置にはOフィルタが、Oフィルタの位置にはRフィルタが、位置する。BフィルタとCフィルタとについても、シフトの前後で同様の位置変位が生じる。一方、シフト前にGフィルタがあった位置には、シフト後もGフィルタが位置している。
The
このように撮像素子5をシフトさせることによって、図3に示すように、撮像素子5上で被写体31が結像する画素の位置が変位する。図3は、撮像素子5のシフトの一例を示した図である。ここで、図3(a)はシフト前、図3(b)はシフト後を示している。図3(a)において、矢印で示した被写体31の先頭部は、Oフィルタに結像し、これによって、Oフィルタを透過するO成分の画像信号のみを抽出する。次に、撮像素子5が図3(b)に示すように、矢印で示す方向に2画素分シフトすると、同じ被写体31の先頭部はRフィルタに結像するので、Rフィルタを透過するR成分のみが検出される。
By shifting the
図4は、第1実施の形態に係る画像処理部7の概略構成を示す機能ブロック図である。画像処理部7は、マルチバンド画像処理部41、マルチバンド画像記憶部42、および、色変換部43を有する。マルチバンド画像処理部41は、上記の2回の撮像による2枚の撮影画像の画像信号に基づき、前述のRGBOCの各色に対応する5バンドのマルチバンド画像を合成する。この合成されたマルチバンド画像は、マルチバンド画像記憶部42に一時的に記憶される。色変換部43は、マルチバンド画像記憶部42に記憶された5バンドのマルチバンド画像を変換して、3バンドのマルチバンド画像を生成する。
FIG. 4 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the
図5は、マルチバンド画像処理部41の概略構成を示す機能ブロック図である。このマルチバンド画像処理部41は、撮像素子5で撮像した1回目の撮影画像を記憶する1回目撮影画像記憶部51、2回目の撮影画像を記憶する2回目撮影画像記憶部52、1回目の撮影画像および2回目の撮影画像の位置あわせを行う位置あわせ処理部53、および、後述するマルチバンド画像合成部54から構成されている。
FIG. 5 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the multiband image processing unit 41. The multiband image processing unit 41 includes a first captured
マルチバンド画像撮像装置1で撮像を行う際に、前述した撮像素子5のシフトによる画素のずれ以外に、手ぶれ等による撮影画像の画素位置のずれが発生する。位置あわせ処理部53は、これらによる画素位置の水平方向のずれを算出して、そのずれを補正し、2回目の撮影画像に対して、マルチバンド画像合成部54で処理するための加工を行うものである。
When the multiband image capturing apparatus 1 captures an image, a shift in the pixel position of the captured image due to camera shake occurs in addition to the shift in the pixel due to the shift of the
具体的には、位置あわせ処理部53は、図6に概略構成を示すように、1回目の撮影画像および2回目の撮影画像にそれぞれ対応した、2つのG成分抽出部61、62、抽出したG成分に基づき位置あわせを補正量を算出する位置あわせ量算出部63、および、この位置あわせ補正量に基づいて、2回目の撮影画像の各画素位置における所望の色画素の画素値を計算する位置あわせ計算部64を含んで構成される。
Specifically, the
位置あわせ量算出部63は、G成分抽出部61、62で抽出したG成分から、1回目の撮影画像および2回目の撮影画像のそれぞれについて、デモザイキング処理を行いG成分のみによる画像を生成する。さらに、生成した2つのG画像について、水平方向に相対的に変位させつつ相関を計算し、その値が最大となる両画像の相対位置における1回目の撮影画像に対する2回目の撮影画像の画素位置のずれを、上述したシフト駆動部6による撮像素子5のシフト方向を正として、画素数で表したものをずれ量とする。位置あわせ補正は、2回目の撮影画像の画素座標をずれ量に応じて1回目の撮影画像の画素座標に合わせることによって行うことができるので、このずれ量を位置あわせ補正量とも呼ぶ。このずれ量のうち、2画素分は撮像素子5をシフトしたことにより生じたものであるから、実際に手ぶれ等により生じたずれを示すシフト量は、このずれ量から2画素を引いた値となる。
The alignment
この位置あわせ補正量(ずれ量)の算出処理について、図7を用いてより具体的に説明する。図7は、撮像素子5のカラーフィルタ11の一部を示しており、R、O、G、C、Bは各画素のフィルタの色を示し、各R、O、G、C、Bの右側に付された2つの数字は、カラーフィルタ11上での当該画素フィルタの座標を示している。
The calculation processing of the alignment correction amount (deviation amount) will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 7 shows a part of the color filter 11 of the
図7(a)は、1回目の撮像を示し、図7(b)は手ぶれがないとき、すなわち、シフト量が0の場合の2回目の撮像を示している。この場合、1回目の撮影画像と比べ、シフト駆動部6による撮像素子5の左側への2画素シフトにより、2回目の撮影画像の被写体像は、右側に2画素シフトされて撮像されることになる。G成分に着目すると、図7(a)のG12、G14、G21、G23、G32、G34,G41、G42の各G画素は、それぞれ、2画素水平方向にシフトした図7(b)のG14、G16、G23、G25、G34、G36、G43、G45のG画素に対応する。よって、両画像をデモザイキング処理した画像においても、2画素シフトした位置での相関が最も高くなる。
FIG. 7A shows the first imaging, and FIG. 7B shows the second imaging when there is no camera shake, that is, when the shift amount is zero. In this case, the subject image of the second photographic image is shifted to the right by two pixels and is captured by shifting the two pixels to the left of the
このようにG画素成分を用いて、1回目の撮影画像の特定の画素位置が、2回目の撮影画像の同じ画素位置の2画素右の位置に対応することを検出することができる、図7(a)のR11およびC44を対角線上の頂点とする単位配列に結像する被写体像は、図7(b)のO13およびB46を対角線上の頂点とする単位配列に結像する被写体像に対応する。すなわち、1回目の撮影画像のRGOG−GBGC−RGOG−GBGCの単位配列に対して、2回目の撮影画像では、同じ被写体像に対する、OGRG−GCGB−OGRG−GCGBの単位配列の画像信号が得られる。後述するように、マルチバンド画像合成部54は、この画素配列を利用してマルチバンド画像を合成する。
In this way, it is possible to detect that the specific pixel position of the first captured image corresponds to the position two pixels to the right of the same pixel position of the second captured image using the G pixel component. The subject image formed on the unit array with R11 and C44 on the diagonal line in (a) corresponds to the object image formed on the unit array with O13 and B46 on the diagonal line in FIG. 7B. To do. That is, in the second shot image, an image signal of the OGRG-GCGB-OGRG-GCGB unit array for the same subject image is obtained with respect to the RGOG-GBGC-RGOG-GBGC unit array of the first shot image. . As will be described later, the multiband
一方、図7(c)は、左方向への撮像素子5のシフトに加え、手ぶれ等によりさらに1画素のずれが生じ、合計3画素のずれが生じた例を示している。図7(b)の場合と同様に、G画素成分を用いることによって、図7(c)のずれ量が3画素、すなわち、シフト量が1画素であることを算出することができる。よって、この場合カラーフィルタ11上で、1回目の撮影画像に対し、2回目の撮影画像は、右側に3画素ずれている。
On the other hand, FIG. 7C shows an example in which, in addition to the shift of the
しかし、この例では1回目の撮影画像のRGOG−GBGC−RGOG−GBGCの単位配列に対して、2回目画像の同じ被写体像に対応するのは、G14およびG17を対角線上の頂点とするGRGO−CGBG−GRGO−CGBGの配列となる。この配列では、後述するマルチバンド画像合成部54による処理に不適合なため、このG14およびG47を含む4行4列の画素配列の位置に、OGRG−GCGB−OGRG−GCGBの画素配列があった場合を想定して、各画素の画素値を、図6の位置あわせ計算部64で補間等により計算する。
However, in this example, with respect to the unit array of RGOG-GBGC-RGOG-GBGC of the first captured image, the same subject image of the second image corresponds to the GRGO− with G14 and G17 as diagonal vertices. The sequence is CGBG-GRGO-CGBG. Since this arrangement is incompatible with the processing by the multiband
例えば、図7(c)のG14の位置にOフィルタがあるとした場合の画素値は、周辺のO画素、例えば、O13およびO17の画素値と、それぞれのO画素とG14のとの間の距離を基に補間により計算することができる。また、R15の位置にGフィルタがあるとした場合の画素値は、同様に、周辺のG画素、例えばG14およびG16の画素値を用いて補間により計算することができる。以下同様に補間を行うことによって、位置あわせ計算部64は、1回目の撮影画像のRGOG−GBGC−RGOG−GBGCを単位配列とする画像に対応する、2回目の撮影画像のOGRG−GCGB−OGRG−GCGBを単位配列とする各画素の画素値を算出することができる。
For example, when there is an O filter at the position of G14 in FIG. 7C, the pixel values are the peripheral O pixels, for example, the pixel values of O13 and O17, and between the respective O pixels and G14. It can be calculated by interpolation based on the distance. Similarly, the pixel value in the case where there is a G filter at the position of R15 can be calculated by interpolation using peripheral G pixels, for example, the pixel values of G14 and G16. Thereafter, by performing interpolation in the same manner, the
なお、シフト量が4の倍数であれば、単にずれ量に応じて画素座標をシフトすることによって、OGRG−GCGB−OGRG−GCGBを単位配列とする画像が得られるので、上述の位置あわせ計算部64での補間処理は必要がなくなる。また、上記の例ではずれ量を3画素としたが、ずれ量が画素の大きさの整数倍ではない場合でも、上述のような位置あわせ計算部64における補間による画素値の計算は可能である。
If the shift amount is a multiple of 4, an image having OGRG-GCGB-OGRG-GCGB as a unit array can be obtained by simply shifting the pixel coordinates in accordance with the shift amount. No interpolation processing at 64 is required. In the above example, the shift amount is 3 pixels, but even when the shift amount is not an integral multiple of the pixel size, the pixel value can be calculated by interpolation in the
以上のように、位置あわせ処理部53は、1回目撮影画像記憶部51および2回目撮影画像記憶部52からの撮影画像の各色の画素値を入力として、RGOG−GBGC−RGOG−GBGCを単位配列とする1回目の撮影画像の画像信号を出力するとともに、2回目の撮影画像を1回目の撮影画像に対して位置あわせを行い、さらに、この2回目の撮影画像の画像信号を加工して、上記の1回目の撮影画像の画素位置に対応した、OGRG−GCGB−OGRG−GCGBを単位配列とする画像信号を出力する。
As described above, the
次に、図5に示したマルチバンド画像合成部54の構成について説明する。マルチバンド画像合成部54は、3バンドベイヤ画像作成部55、デモザイキング部56、57、および、5バンド画像合成部58を有する。3バンドベイヤ画像作成部55は、位置あわせ処理部53から送信される1回目の撮影画像のRGOG−GBGC−RGOG−GBGCを単位配列とする1回目の撮影画像と、GRGO−CGBG−GRGO−CGBGを単位配列とする2回目の撮影画像とを合成してRGBおよびOGCの2つの3バンドベイヤ配列による画像を生成する。このため、3バンドベイヤ画像作成部55は、1回目の撮影画像のO画素およびC画素と2回目の撮影画像のそれぞれ同じ位置に位置するR画素およびB画素とをそれぞれ部分的に入れ替える。
Next, the configuration of the multiband
デモザイキング部56、57は、3バンドベイヤ画像作成部55で生成したそれぞれのベイヤ配列の画像をデモザイキング処理することによって、RGBの各画像とOGCの各画像とを生成する。5バンド画像合成部58は、デモザイキング部56、57で生成されたRGBの各画像とOGCの各画像とから、5バンドのROGCBの各画像を作成する。
The
次に、図8に示すフローチャートを用いて、本実施の形態に係るマルチバンド画像撮像装置1を用いた被写体の撮像動作について説明する。 Next, a subject imaging operation using the multiband image capturing apparatus 1 according to the present embodiment will be described using the flowchart shown in FIG.
まず、使用者により図1のレリーズボタン3が押下されると、制御部4は撮像素子5により1回目の撮像を行う(ステップS1)。次に、制御部4は、シフト駆動部6によるシフト量を制御して(ステップS2)、撮像素子5を水平方向に2画素シフトさせて(ステップS3)、再び撮像素子5により2回目の撮像を行う(ステップS4)。この1回目と2回目との撮像は、短時間に連続して行う。
First, when the
1回目および2回目の撮影画像は、それぞれ画像処理部7に供給され、それぞれ1回目撮影画像記憶部51および2回目撮影画像記憶部52に一時的に記憶され、図5に示した画像処理部7内のマルチバンド画像処理部41で、位置あわせ処理を行う(ステップS5)。この位置あわせ処理により、前述したように2回目の撮影画像は、RGOG−GBGC−RGOG−GBGCを単位配列とする1回目の撮影画像の対応する位置について、GRGO−CGBG−GRGO−CGBGを単位配列とする画像として出力される。これら2枚の撮影画像から、図5のマルチバンド画像合成部54は、RGBベイヤ画像およびOGCベイヤ画像を生成し、これらをデモザイキング部56、57でデモザイキング処理をすることによって、RGBの各画像とOGCの各画像との2つの3バンド画像を生成し、これら2つの3バンド画像からROGCBの5バンドのマルチバンド画像を生成する(ステップS6)。
The first and second shot images are respectively supplied to the
マルチバンド画像合成部54で生成した5バンドのマルチバンド画像は、図4のマルチバンド画像記憶部42に、一旦保存される(ステップS7)。その後、この5バンドのマルチバンド画像は、色変換部43により、例えば、R、G、Bの3原色のカラー画像に色変換される(ステップS8)。制御部4は、これにより作成されたカラー画像を、図1の画像記憶部8に供給して図示しない記憶媒体に記憶する(ステップS9)。制御部4は、全ての処理の完了を確認して処理を終了する。
The 5-band multiband image generated by the multiband
以上説明したように、本実施の形態によれば、所定の単位配列を有するROGCBの5色のカラーフィルタ11を有する撮像素子5を用い、シフト駆動部6による撮像素子5のシフトの前後で2枚の画像を撮像し、この2枚の撮影画像からRGBとOGCの2枚の3バンド画像を生成するようにしたので、この2枚の3バンド画像から、従来の3バンドによる撮像に比べ、空間解像度の低下による偽色の発生を抑制して、色再現性に優れた5バンドの画像を生成することができる。また、この5バンドの画像を用いることにより、色再現性に優れたRGBの3バンドの画像を生成することもできる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、4行4列に配置されたカラーフィルタ11の単位配列のうち、半数の8画素をG画素とし、撮像素子5のシフトの前後でG成分を用いて位置あわせ処理を行うようにしたので、1回目の撮影画像と2回目の撮影画像との間で、手ぶれや被写体の移動があった場合でも、これによる撮像素子上の被写体像の変位を補正することが可能になり、偽色の発生を抑制することができる。
In addition, in the unit array of the color filters 11 arranged in 4 rows and 4 columns, half of the 8 pixels are G pixels, and the alignment processing is performed using the G component before and after the shift of the
また、カラーフィルタ11には、輝度の高いG成分が、従来の3バンドベイヤ配列の場合と同様の配列で同じ比率、すなわち、全画素の半数の割合で含まれているので、G成分を用いた従来処理、例えば、ぶれ補正を従来と同様に行うことができる。 Further, since the G component with high luminance is included in the color filter 11 in the same arrangement as in the conventional three-band Bayer arrangement, that is, in a ratio of half of all pixels, the G component is used. Conventional processing, for example, blur correction can be performed in the same manner as in the past.
[第2実施の形態]
図9は、本発明の第2実施の形態に係るマルチバンド画像撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第1実施の形態に係るマルチバンド画像撮像装置1において、被写体の像が結像する画素の位置を変位させるために、撮像素子5をシフトさせるのではなく、光学素子である撮像レンズ2aをシフトさせるものである。このため、図1に示したマルチバンド画像撮像装置1において、シフト駆動部6を設けず、撮像レンズ2をレンズの位置を水平方向に変位させるシフト機構を内蔵した撮像レンズ2aとし、さらに、このシフト機構によるレンズのシフトを制御するシフト制御部9を設けて、このシフト制御部9を制御部4により制御して、被写体の撮像素子5上における結像位置を2画素分シフトさせる。なお、撮像レンズ2aのシフト機構は、例えば、手振れ補正等においてレンズの駆動手段として使用されている超音波モータ等の公知の機構を用いることができる。
[Second Embodiment]
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of a multiband image pickup apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, in the multiband image pickup apparatus 1 according to the first embodiment, the
このように撮像レンズ2aをシフトさせることによって、図10に示すように、撮像素子5上で被写体31が結像する画素の位置が変位する。図10は、撮像レンズ2aのシフトの一例を示した図である。ここで、図10(a)はシフト前、図10(b)はシフト後を示している。図10(a)において、矢印で示した被写体31の先頭部は、Rフィルタに結像し、これによって、Rフィルタを透過するR成分の画素値のみが抽出される。次に、撮像レンズ2aが図10において下方向にシフトすると、図10(b)に示すように、同じ被写体の先頭部はOフィルタに結像しているので、Oフィルタを透過するO成分の画素値みが検出される。
By shifting the imaging lens 2a in this way, the position of the pixel on which the subject 31 forms an image on the
その他の構成および作用は、第1実施の形態と同様である。これによって、第1実施の形態と同様に5バンドのマルチバンド画像を撮像することができ、この5バンドの画像を用いることにより、色再現性に優れたRGBの3バンドの画像を生成することもできる。 Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. As a result, a 5-band multi-band image can be picked up as in the first embodiment, and an RGB 3-band image having excellent color reproducibility can be generated by using the 5-band image. You can also.
以上説明したように、本実施の形態によれば、撮像レンズ2aをシフトさせることによって、撮像素子5に結像する被写体像をシフトさせるようにしたので、レンズ内シフト機構として手振れ補正用の公知の機構を用いて、第1実施の形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the subject image formed on the
[第3実施の形態]
図11は、本発明の第3実施の形態に係るマルチバンド画像撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第1実施の形態で説明した1回目および2回目の撮像を1組として、シャッタースピードを変化させて複数組の撮像を行い、これによって撮像した複数の撮影画像の組の画像を評価して、所定の条件から最適と判断する撮影画像の組を選択して、マルチバンド画像の生成を行い、生成したマルチバンド画像を出力するものである。
[Third Embodiment]
FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a multiband image pickup apparatus according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, the first and second imaging described in the first embodiment are set as one set, and a plurality of sets of images are captured by changing the shutter speed, and a set of a plurality of captured images captured by this is taken. The image is evaluated, a set of photographed images determined to be optimal from a predetermined condition is selected, a multiband image is generated, and the generated multiband image is output.
このため、本実施の形態では、図1に示した第1実施の形態において、モード設定部10をさらに設ける。このモード設定部10は、使用者の操作によって、「ぶれ防止優先」、「S/N優先」、「AUTO」および「なし」の各モードを選択できるようになっている。モード設定部10でモードが設定されると、この設定モードが、制御部4で検出される。その後、使用者によりレリーズボタン3が押下されると、制御部4は、設定されたモードに応じて撮像素子5およびシフト駆動部6を動作させるようになっている。
For this reason, in this embodiment, a
各モードは、マルチバンド画像の撮像において、以下の用途に使用する。
(1)ぶれ防止優先:ぶれやすい被写体を撮像する場合に、撮像素子5から得られる画像信号に基づいて演算される適正シャッタースピードに加え、シャッタースピードを速くして2組の撮像を行い、合計3組の撮影画像からぶれの少ない撮影画像を選択する。
(2)S/N優先:比較的静止している被写体に対して、上記の適正シャッタースピードに加え、シャッタースピードを遅くして2組の撮像を行い、合計3組の撮影画像からS/N(Signal to Noise)比の良い撮影画像を選択する。
(3)AUTO:上記のぶれ防止優先あるいはS/N優先を指定せず、上記の適正シャッタースピード、これより速いシャッタースピードおよび遅いシャッタースピードの合計3組のマルチバンド撮影画像から、総合的に画質の良いものを選択する。
(4)なし:
第1実施の形態と同様に、1組だけ上記の適正シャッタースピードで撮像を行う。
Each mode is used for the following purposes in capturing a multiband image.
(1) Camera shake prevention priority: When shooting a subject that tends to blur, in addition to the appropriate shutter speed calculated based on the image signal obtained from the
(2) S / N priority: For a relatively stationary subject, in addition to the appropriate shutter speed, two sets of images are taken at a slower shutter speed, and S / N is taken from a total of three sets of captured images. Select an image with a good (Signal to Noise) ratio.
(3) AUTO: The above-mentioned blur prevention priority or S / N priority is not specified, and the image quality is comprehensively determined from a total of three sets of multiband captured images of the appropriate shutter speed, faster shutter speed, and slower shutter speed. Choose a good one.
(4) None:
As in the first embodiment, only one set is imaged at the appropriate shutter speed.
図12は、本実施の形態におけるマルチバンド画像処理部41の概略構成を示すブロック図である。図12に示すように、本実施の形態では、第1実施の形態におけるマルチバンド画像処理部41の構成に、上述の複数組の撮影画像を評価するための評価部59が設けられている。評価部59は、位置あわせ処理部53に接続されており、位置あわせ処理部53から、1回目の撮影画像、2回目の撮影画像およびずれ量等のデータを受信し、後述の評価を実行し、評価結果の最も良い撮影画像の組を識別して、その識別結果を位置あわせ処理部53に返すように構成する。
FIG. 12 is a block diagram showing a schematic configuration of the multiband image processing unit 41 in the present embodiment. As shown in FIG. 12, in this embodiment, an
本実施の形態のその他の構成は、第1実施の形態と同様なので、説明を省略する。 Since the other configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
次に、図13〜図15に示すフローチャートを用いて、本実施の形態に係るマルチバンド画像撮影装置1の撮像動作について説明する。 Next, the imaging operation of the multiband image capturing apparatus 1 according to the present embodiment will be described using the flowcharts shown in FIGS.
図13は、本実施の形態におけるマルチバンド画像撮像装置による撮像動作を示すフローチャートである。本実施の形態では、まず、設定モードに応じて、マルチバンド画像の撮像を実行して、シフト前後の2枚の撮影画像を取得する(ステップS11)。その後、取得した2枚の撮影画像を用いて、第1実施の形態と同様に、5バンドのマルチバンド画像を合成し(ステップS12)、この5バンドのマルチバンド画像を一旦保存した後(ステップS13)、変換部43で、例えば、R、G、Bの3原色によるカラー画像に色変換する(ステップS14)。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an imaging operation performed by the multiband image capturing apparatus according to the present embodiment. In the present embodiment, first, multiband images are captured according to the setting mode, and two captured images before and after the shift are acquired (step S11). Thereafter, using the acquired two captured images, a 5-band multi-band image is synthesized (step S12), and the 5-band multi-band image is temporarily stored (step S12), as in the first embodiment. In step S13, the
以下、ステップ11における撮影画像の取得処理について、図14に示すフローチャートを参照して、さらに詳細に説明する。まず、撮像に先立って、制御部4は、図11のモード設定部10を介して設定された撮像モードを識別する(ステップS21)。
Hereinafter, the captured image acquisition process in step 11 will be described in more detail with reference to the flowchart shown in FIG. First, prior to imaging, the
次に、制御部4は、レリーズボタン3の押下を検出すると、撮像素子5から得られる画像信号に基づいて適正シャッタースピードを演算する。また、モードが「ぶれ防止優先」の場合には、この適正シャッタースピードより高速な2つの異なるシャッタースピードを算出する。モードが「S/N優先」の場合は、適正シャッタースピードよりも低速な2つの異なるシャッタースピードを算出する。また、モードが「AUTO」の場合には、適正シャッタースピードよりも高速および低速のシャッタースピードを各1つ算出する。これによって、「ぶれ防止優先」、「S/N優先」、「AUTO」の各モードでは、それぞれ3つのシャッタースピードを算出する(ステップS22)。なお、モードが「なし」の場合は、適正シャッタースピードのみを算出する。
Next, when detecting that the
その後、制御部4は撮像を開始する。まず、制御部4は、適正シャッタースピードで1回目の撮像を行う(ステップS23)。次に、制御部4は、第1実施の形態と同様に、シフト駆動部6によるシフト量を制御して(ステップS24)、撮像素子5を水平方向に2画素シフトさせて(ステップS25)、2回目の撮像を行う(ステップS26)。1回目および2回目の撮影画像は、それぞれの画像処理部7に供給され、それぞれ図12の1回目撮影画像記憶部51および2回目撮影画像記憶部52に一時的に記憶される(ステップS27)。
Thereafter, the
次に、モード設定が「なし」であれば、制御部4は、第1実施の形態と同様に、1回目および2回目の撮影画像の位置あわせ処理を行い(ステップS32)、図12のマルチバンド画像合成部54に出力する(ステップS33)。
Next, if the mode setting is “none”, the
一方、モードが「ぶれ防止優先」、「S/N優先」または「AUTO」の場合は、撮影画像の組の評価を行い、評価結果を評価値として算出する(ステップS29)。次に、制御部4は、ステップS22で算出した他の2つのシャッタースピードを順次設定して、図14におけるステップS23、S24、S25、S26、S27、S29の各ステップを繰返し実行する。3つのシャッタースピードについて、それぞれ2回の撮像が完了し、画像評価値の算出が終了すると(ステップ30)、評価部59は、3つのシャッタースピードに対応する3つの画像評価値を比較して、この評価値が最大となる画像の組を選択する(ステップS31)。
On the other hand, when the mode is “blur prevention priority”, “S / N priority” or “AUTO”, the set of captured images is evaluated, and the evaluation result is calculated as an evaluation value (step S29). Next, the
その後、評価部59は、上記で選択した画像の組の情報を位置あわせ処理部53に供給し、位置あわせ処理部53は、この画像の組について、第1実施の形態と同様に位置あわせ処理を行い(ステップS32)、1回目の撮影画像および2回目の撮影画像をマルチバンド画像合成部54に出力する(ステップS33)。
Thereafter, the
次に、ステップS29における撮影画像の組に対する評価値の算出を、図15に示すフローチャートを参照して説明する。図12の位置あわせ処理部53は、第1実施の形態で説明したのと同様の方法により、1回目撮影画像記憶部51および2回目撮影画像記憶部52に記憶された各撮影画像からずれ量を算出する(ステップS41)。
Next, the calculation of the evaluation value for the set of photographed images in step S29 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The
位置あわせ処理部53は、算出したずれ量および1回目および2回目の撮影画像を評価部59に供給する。評価部59では、例えば、ISO感度、G画素の画素値の変化の小さい領域を選定してこの領域について算出した信号の分散値、飽和画素数、黒つぶれ画素数等により定義したS/N評価値を算出する(ステップS42)。
The
その後、評価部59では、ステップS41で算出したずれ量およびステップS42で算出したS/N評価値から、所定の評価式を用いて画像評価値を算出する(ステップS43)。ここで、評価式は、モードが「ぶれ防止優先」の場合は、ずれ量の評価に重みをつけ、「S/N優先」の場合は、S/N評価値に重みをつけて計算するように係数を設定できるものとする。画像評価値の算出が終了すると、評価部59は画像評価値を保存して、画像評価値算出の完了を制御部4に通知する。
Thereafter, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、撮像モードに応じたシャッタースピードで複数組のマルチバンド画像の撮像を行い、撮像した複数組の画像を評価して最良の1組の画像を選定するようにしたので、第1実施の形態における効果に加えて、撮像の場面や状況ごとに適したマルチバンド画像を撮像することができる。 As described above, according to the present embodiment, a plurality of sets of multiband images are captured at a shutter speed corresponding to the imaging mode, and the captured plurality of sets of images are evaluated to obtain the best set of images. Since the selection is made, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to capture a multiband image suitable for each imaging scene or situation.
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変更または変形が可能である。たとえば、撮像素子5のカラーフィルタ11は、5色のフィルタから構成していたが、これに限られず、4色あるいは6色以上のフィルタを配列することも可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and many changes or modifications are possible. For example, the color filter 11 of the
第1実施の形態の図8で示したフローチャートにおいて、ステップS6のマルチバンド画像合成の後に、ステップS7のマルチバンド画像保存およびステップS8の色変換を行わず、直接画像記憶部8に生成した5バンドのマルチバンド画像を保存するようにしても良い。
In the flowchart shown in FIG. 8 of the first embodiment, after the multiband image synthesis in step S6, the multiband image stored in step S7 and the color conversion in step S8 are not performed, but directly generated in the
位置あわせ処理部53におけるずれ量の計算は、撮影画像全体に対して行ったが、ずれ量の補正を優先して行う領域を定めることもできる。例えば、背景、前景、指定被写体、または、自動認識した被写体などを優先させることができる。自動認識した被写体を優先させる場合は、位置あわせ処理部53に、被写体認識あるいは顔認識を行う機能を持たせ、認識された被写体の領域の補正を優先させることによって、例えば、2枚のG画像の相関を算出する際に認識された被写体の領域に重みをつけることによって、行うことができる。
Although the calculation of the shift amount in the
第3実施の形態では、1回目の撮影画像および2回目の撮影画像のずれ量およびS/N評価値から画像評価値を算出することとしたが、ずれ量の代わりに位置あわせ後の1回目撮影画像および2回目撮影画像についての相関を用いても良い。相関が低ければ、位置あわせ後の1回目の撮影画像と2回目の撮影画像との間の差異が大きく、画質が悪いと判断することができる。 In the third embodiment, the image evaluation value is calculated from the shift amount and the S / N evaluation value of the first captured image and the second captured image, but instead of the shift amount, the first time after alignment. You may use the correlation regarding a picked-up image and a 2nd time picked-up image. If the correlation is low, it can be determined that the difference between the first captured image after the alignment and the second captured image is large and the image quality is poor.
1 マルチバンド画像撮像装置
2、2a 撮像レンズ
3 レリーズボタン
4 制御部
5 撮像素子
6 シフト駆動部
7 画像処理部
8 画像記憶部
9 シフト制御部
10 モード設定部
11 カラーフィルタ
31 被写体
41 マルチバンド画像処理部
42 マルチバンド画像記憶部
43 色変換部
51 1回目撮影画像記憶部
52 2回目撮影画像記憶部
53 位置あわせ処理部
54 マルチバンド画像合成部
55 3バンドベイヤ画像作成部
56、57 デモザイキング部
58 5バンド画像合成部
59 評価部
61、62 G成分抽出部
63 位置あわせ量算出部
64 位置あわせ計算部
101 撮像レンズ
102 カラーフィルタ
103 撮像素子
104 ゲイン調整部
105 A/D変換部
106 マルチバンド色補間処理部
107 露出・色調整および画像出力フォーマット変換部
108 画像出力インタフェース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multiband image pick-up device 2, 2a
Claims (6)
前記被写体像を1回目の撮像を行った後、前記カラーフィルタの第1の色のフィルタに結像する各光が、前記カラーフィルタの第1の色とは異なる第2の色のフィルタの位置に結像するように、前記被写体像を所定のシフト量分シフトさせて、2回目の撮像を行う撮像ステップと、
前記1回目の撮像と前記2回目の撮像とにより得られた撮影画像に基づいて、少なくとも3色以上のマルチバンド画像を生成するマルチバンド画像生成ステップと、
を含むことを特徴とするマルチバンド画像撮像方法。 A method of imaging a subject image with a single-plate image sensor having color filters of four or more colors,
After the first image of the subject image is taken, each light that forms an image on the first color filter of the color filter has a second color filter position different from the first color of the color filter. An imaging step of shifting the subject image by a predetermined shift amount so as to form an image, and performing a second imaging,
A multiband image generation step of generating a multiband image of at least three colors based on the captured images obtained by the first imaging and the second imaging;
A multiband image capturing method comprising:
前記1回目の撮像と前記2回目の撮像とを、異なる撮像条件で複数組行う複数組撮像ステップと、前記複数組撮像ステップで得られた複数組の撮影画像から1組の撮影画像を選定する選定ステップとを含み、
前記マルチバンド画像生成ステップは、
前記選定ステップで選定された1組の撮影画像に基づいて、少なくとも3色以上のマルチバンド画像を生成することを特徴とする
請求項1に記載のマルチバンド画像撮像方法。 The imaging step includes
A plurality of sets of imaging steps in which the first imaging and the second imaging are performed under different imaging conditions, and one set of captured images is selected from the plurality of sets of captured images obtained in the plurality of sets of imaging steps. Including a selection step,
The multiband image generation step includes:
The multiband image capturing method according to claim 1, wherein a multiband image of at least three colors or more is generated based on the set of captured images selected in the selection step.
前記カラーフィルタの第1の色のフィルタに結像する各光が、前記カラーフィルタの第1の色とは異なる第2の色のフィルタの位置に結像するように、前記被写体像を選択的にシフトさせるシフト部と、
前記シフト部による前記被写体像のシフトの前後において、前記撮像素子により撮像して得られた2枚の撮影画像に基づいて、少なくとも3色以上のマルチバンド画像を生成する画像処理部と
を備えることを特徴とするマルチバンド画像撮像装置。 In a multiband image capturing apparatus that captures a subject image with a single-plate image sensor having color filters of four or more colors through an imaging optical system,
The subject image is selectively selected so that each light imaged on the first color filter of the color filter forms an image at a position of a second color filter different from the first color of the color filter. Shift part to shift to,
An image processing unit that generates a multiband image of at least three colors based on two captured images obtained by imaging with the imaging device before and after the shift of the subject image by the shift unit. A multiband image pickup device characterized by the above.
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