JP2012028987A - 画像処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】適切なキズ補正により高品質な画像を得ることを可能とする画像処理装置を提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、画像処理装置は、キズ判定手段であるキズ判定回路14を有する。キズ判定手段は、注目画素の画素値と複数の周辺画素の画素値とに基づいて、注目画素がキズであるか否かを判定する。周辺画素は、注目画素と同色用の画素であって注目画素の周辺に位置する。キズ判定手段は、第1の判定手段21と、第2の判定手段22と、第3の判定手段23と、を有する。第1の判定手段21は、複数の周辺画素の画素値の最大値及び最小値と注目画素の画素値との比較によるキズ判定を実施する。第2の判定手段22は、複数の周辺画素の画素値の照明光成分に応じたキズ判定を実施する。第3の判定手段23は、複数の周辺画素の画素値の反射率成分に応じたキズ判定を実施する。
【選択図】図6

Description

本発明の実施形態は、画像処理装置に関する。
近年、携帯電話に搭載されるカメラ、デジタルカメラ等のカメラモジュールの高画素化が進行している。画素サイズの大型化により、画素の微細化も求められるようになっている。このような状況下において、正常に機能していない画素によるデジタル画像信号の欠損部分(以下、適宜「キズ」と称する)の発生が問題視されるようになっている。カメラモジュールの製造時の欠陥検査において規定より多くの画素欠陥が認められた場合は不良品として扱われることになるが、規定が厳格であるほど、カメラモジュールの歩留まりを低下させ製造コストを増加させることとなる。そこで、従来、キズ補正回路における信号処理によってキズを目立たなくする手法が積極的に採用されている。
キズの検出方法は、事前検出型とダイナミック検出型との二つに大別される。事前検出型は、カメラモジュールの製造後の欠陥検査によりキズを検出し、キズのアドレス情報をセンサごとに保存しておく方法である。事前検出型の方法は、主に、多層構造の欠陥、フローティングジャンクションのリーク電流等に起因するキズを補正する目的で使用される。ダイナミック検出型は、カメラモジュールの動作中にデジタル画像信号からキズを検出する方法である。ダイナミック検出型の方法は、主に、温度特性や露光時間等に依存してランダムに発生する、フォトダイオード起因のキズを補正する目的で使用される。
ダイナミック検出型のキズ補正回路として、例えば、注目画素の画素値とその周辺画素の画素値の最大値との差分を予め設定された閾値と比較し、キズ判定を実施するものがある。また、画像のエッジ部分では誤補正を回避するためにキズ補正をしないように制御するものがある。キズの目立ち方は、画像内でキズが生じた部分の輝度分布に応じて異なってくる。例えば、白キズは、暗部に存在すると目立ち易く、誤補正があった場合は明部ほど目立ち易くなる。輝度によらず一定の閾値が設定されている場合、画像の明暗に適するようなキズ補正を実施することは困難である。また、エッジ部分におけるキズ補正をしないように制御するものは、エッジ部分に存在するキズが目立つものであったとしても補正がなされないことが問題となる。
特開2008−278324号公報
本発明の一つの実施形態は、適切なキズ補正により高品質な画像を得ることを可能とする画像処理装置を提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態によれば、画像処理装置は、キズ判定手段を有する。前記キズ判定手段は、注目画素の画素値と複数の周辺画素の画素値とに基づいて、前記注目画素がキズであるか否かを判定する。前記周辺画素は、前記注目画素と同色用の画素であって前記注目画素の周辺に位置する。前記キズ判定手段は、第1の判定手段と、第2の判定手段と、第3の判定手段と、を有する。前記第1の判定手段は、前記複数の周辺画素の画素値の最大値及び最小値と前記注目画素の画素値との比較によるキズ判定を実施する。前記第2の判定手段は、前記複数の周辺画素の画素値の照明光成分に応じたキズ判定を実施する。前記第3の判定手段は、前記複数の周辺画素の画素値の反射率成分に応じたキズ判定を実施する。
実施形態に係る画像処理装置を備えるカメラモジュールの構成を示すブロック図。 キズ補正回路でのキズ補正の際に画素値を参照する画素について説明する概念図。 キズ補正回路の構成を示すブロック図。 水平遅延線の構成を示すブロック図。 探索回路の構成を示す概念図。 キズ判定回路の構成を示すブロック図。 キズ補正回路によるキズ判定及びキズ補正の手順を説明するフローチャート。 照明光成分と第1の閾値との関係の例を表した図。 反射率成分と第2の閾値との関係の例を表した図。 注目画素の画素値及び周辺画素の画素値の分布とキズ判定との関係を説明する図。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる画像処理装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
(実施形態)
図1は、実施形態に係る画像処理装置4を備えるカメラモジュールの構成を示すブロック図である。カメラモジュールは、撮像レンズ1、センサ部2、アナログデジタル変換器(ADC)3及び画像処理装置4を有する。撮像レンズ1は、被写体からの光を取り込み、センサ部2に結像させる。
センサ部2は、撮像レンズ1によって取り込まれた光を信号電荷に変換することにより、被写体像を撮像する。センサ部2は、R、G、Bの信号レベルをベイヤー配列に対応する順序で取り込み、取り込んだアナログ画像信号を、外部から指定された撮像条件に応じたゲインにて順次増幅して出力する。ADC3は、センサ部2からのアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
画像処理装置4は、ADC3からのデジタル画像信号に対して画像処理を実施する。画像処理装置4に設けられたキズ補正回路5は、キズ補正を実施する。この他、画像処理装置4は、種々の画像処理、例えば、デモザイキング、ホワイトバランス調整、ガンマ処理等を実施する。
図2は、キズ補正回路5でのキズ補正の際に画素値を参照する画素について説明する概念図である。ベイヤー配列は、Gr、R、Gb、Bの4画素を単位として構成されている。画像信号は、ラインごと(Gr/Rライン、Gb/Bライン)の信号としてキズ補正回路5へ入力される。
キズ補正回路5は、垂直方向に5ライン(L1〜L5)、水平方向に5画素のマトリクスをなす25画素のうち中心の画素p33を、キズ判定及びキズ補正の対象である注目画素と設定する。キズ補正回路5は、注目画素p33の画素値と、8個の周辺画素p11、p13、p15、p31、p35、p51、p53、p55の画素値とに基づいて、キズ判定及びキズ補正を実施する。周辺画素は、注目画素と同色用の画素であって注目画素の周辺に位置する画素とする。キズ補正回路5は、同色用の垂直方向3画素及び水平方向3画素(3×3)のカーネルとして、信号処理を実施する。
図3は、キズ補正回路5の構成を示すブロック図である。キズ補正回路5は、ラインメモリ11、水平遅延線12、探索回路13、キズ判定回路(キズ判定手段)14及びセレクタ15を有する。ラインメモリ11は、4ライン(4H)の信号を保持し、垂直方向の遅延(ライン遅延)を施す。ラインメモリ11は、保持している4ライン(L1、L2、L3、L4)と、本線の1ライン(L5)との合計5ラインのうち、注目画素及び周辺画素を含む3ライン(L1、L3、L5)の信号を水平遅延線12へ出力する。
図4は、水平遅延線12の構成を示すブロック図である。フリップフロップ(FF)は、画素ごとの信号レベルを保持する。水平遅延線12は、ラインごとに4画素の信号を保持し、水平方向の遅延を施す。水平遅延線12は、注目画素及び8個の周辺画素についての信号を同時刻化する。水平遅延線12は、注目画素についての信号をキズ判定回路14及びセレクタ15へ出力する。水平遅延線12は、周辺画素についての信号を探索回路13へ出力する。探索回路13は、周辺画素の画素値の最大値及び最小値を探索する。
図5は、探索回路13の構成を示す概念図である。図中の円は、二つの入力信号のレベルを比較する比較器を表し、円の左側へ入る方向を指す矢印は入力信号、円の右側から出る方向を指す矢印は出力信号を表すものとする。また、一つの比較器からの出力信号を示す二つの矢印のうち、上段はレベルが大きいほうの出力信号、下段はレベルが小さいほうの出力信号を表すものとする。
探索回路13は、探索木の1段目で2画素×4組の画素値を比較し、大きいほうを探索木の上位へ、小さいほうを探索木の下位へ移動させ、2段目でも同様の処理を繰り返す。探索回路13は、探索木の3段目において最上位の2画素と最下位の2画素とでそれぞれ画素値を比較することにより、探索結果である最大値Pmax及び最小値Pminを得る。
図6は、キズ判定回路14の構成を示すブロック図である。キズ判定回路14は、注目画素の画素値と周辺画素の画素値とに基づいて、注目画素がキズであるか否かを判定する。キズ判定回路14は、第1の判定手段21、第2の判定手段22及び第3の判定手段23を有する。
従来提唱されているRetinex理論は、カメラが画素ごとの物理的な光量によって輝度を決定するのに対して、人間の視覚系は、照明光などを除去して、領域ごとの相対化された輝度比を知覚するというモデルである。この理論では、目に入る光は、物体に照射された照明光の成分と、照明に依存しない物体固有の反射率による成分とへ分解が可能とされている。Retinex理論によると、画素値Iは、式(1)に示すように、照明光成分Lと反射率成分Rとの積によってモデル化される。
I=L×R (1)
照明光成分Lは、被写体に照射された照明光の成分である。反射率成分Rは、照明に依存しない被写体固有の画像成分である。本実施形態のキズ判定回路14は、照明光成分Lと反射率成分Rとに応じたキズ判定を実施する。
第1の判定手段21は、周辺画素の画素値の最大値Pmax及び最小値Pminと注目画素の画素値との比較によるキズ判定を実施する。第2の判定手段22は、8個の周辺画素の画素値の照明光成分Lに応じたキズ判定を実施する。第3の判定手段23は、8個の周辺画素の画素値の反射率成分Rに応じたキズ判定を実施する。
図7は、キズ補正回路5によるキズ判定及びキズ補正の手順を説明するフローチャートである。キズ判定の対象となるキズには、画素の輝度が正常に機能する場合より低くなる、いわゆる黒キズと、画素の輝度が正常に機能する場合より高くなる、いわゆる白キズと、がある。ここでは、注目画素が白キズであるか否かを判定する場合を例として説明する。
第1の判定手段21は、注目画素の画素値Paと最大値Pmaxとを比較する(ステップS1)。第1の判定手段21は、注目画素と8個の周辺画素との中で、注目画素の画素値Paが最大であるか否かを判定する。注目画素の画素値Paが最大値Pmax以下である場合(ステップS1、No)、キズ判定回路14は、注目画素がキズではないと判定し、処理を終了する。例えば、注目画素が白キズであっても画素値Paが最大値Pmax以下である場合、キズ補正回路5は、そのキズは目立たないものとして、キズ補正の対象外として扱う。
注目画素の画素値Paが最大値Pmaxより大きい場合(ステップS1、Yes)、第2の判定手段22は、画素値Pa及び照明光成分Lの差分Pa−Lと、第1の閾値Th1(L)とを比較する(ステップS2)。第2の判定手段22は、例えば、8個の周辺画素の画素値の平均を照明光成分Lと推定して、キズ判定を実施する。これにより、第2の判定手段22は、簡易な演算によって得られた照明光成分Lを用いて、キズ判定を実施できる。なお、照明光成分Lの推定値としては、複数の周辺画素の画素値の平均を用いる場合に限られず、いずれの手法によって得た値であっても良いものとする。
図8は、照明光成分Lと第1の閾値Th1(L)との関係の例を表した図である。第1の閾値Th1(L)は、照明光成分Lの関数であって、照明光成分Lに対応して変化する値とする。第1の閾値Th1(L)は、例えばLγのようなガンマ関数や、a×L+bのような線形関数など、いずれの関数であっても良いものとする。第2の判定手段22は、第1の閾値Th1(L)に照明光成分Lを代入して得た値を、差分Pa−Lとの比較に使用する。第1の閾値Th1(L)は、例えば、ルックアップテーブル(LUT)を参照して得られる値であっても良いものとする。
差分Pa−Lが第1の閾値Th1(L)以下である場合(ステップS2、No)、キズ判定回路14は、注目画素がキズではないと判定し、処理を終了する。差分Pa−Lが第1の関数Th1(L)より大きい場合(ステップS2、Yes)、第3の判定手段23は、注目画素の画素値Pa及び最大値Pmaxの差分Pa−Pmaxと、第2の閾値Th2(R)とを比較する(ステップS3)。第2の閾値Th2(R)は、反射率成分Rの関数であって、反射率成分Rに対応して変化する値とする。
第3の判定手段23は、例えば、以下の式(2)に示すように、8個の周辺画素p11・・・p55の各画素値と照明光成分Lとの差分(偏差)の絶対値の相加平均を反射率成分Rと推定して、キズ判定を実施する。
R={|L−(p11の画素値)|+・・・|L−(p55の画素値)|}/8 (2)
これにより、第3の判定手段23は、簡易な演算によって得られた反射率成分Rを用いて、キズ判定を実施できる。式(2)による反射率成分Rの推定は、式(1)を基にする演算(R=I/L)によって反射率成分Rを算出する場合に比べると、除算のための回路が不要となる分、実装上有利となる。なお、反射率成分Rの推定値は、式(2)によって得られる値に限られず、いずれの手法によって得た値であっても良いものとする。反射率成分Rは、エッジ成分と等価とみなすことが可能である。反射率成分Rの推定値は、エッジ成分として採用し得る値、例えば、周辺画素の画素値の最大値Pmax及び最小値Pminの差分としても良い。
図9は、反射率成分Rと第2の閾値Th2(R)との関係の例を表した図である。第2の閾値Th2(R)は、例えば、a×L+bのような線形関数など、いずれの関数であっても良いものとする。第3の判定手段23は、第2の閾値Th2(R)に反射率成分Rを代入して得た値を、差分Pa−Pmaxとの比較に使用する。第2の閾値Th2(R)は、例えば、ルックアップテーブル(LUT)を参照して得られる値であっても良いものとする。
差分Pa−Pmaxが第2の閾値Th2(R)以下である場合(ステップS3、No)、キズ判定回路14は、注目画素がキズではないと判定し、処理を終了する。差分Pa−Pmaxが第2の閾値Th2(R)より大きい場合(ステップS3、Yes)、キズ判定回路14は、注目画素が白キズであると判定する。注目画素がキズである旨をキズ判定回路14が判定した場合、キズ補正回路5は、キズ補正を実施し(ステップS5)、処理を終了する。
キズ補正回路5は、注目画素がキズであると判定した場合、注目画素の画素値を切り替え元となる画素(以下、切り替え元画素と称する)の画素値に切り替えることで、キズ補正を施す。注目画素が白キズである場合、切り替え元画素の画素値には、例えば最大値Pmaxが採用される。セレクタ15は、キズ判定回路14によるキズ判定の結果に応じて、水平遅延線12から入力された注目画素の画素値と、キズ判定回路14から入力された切り替え元画素の画素値と、のいずれかを選択して出力する。
キズ判定回路14は、注目画素がキズであると判定した場合、注目画素の画素値を切り替える旨の切り替え信号をセレクタ15へ出力する。セレクタ15は、画素値を切り替える旨の切り替え信号に応じて、切り替え元画素の画素値を選択して出力する。切り替え信号による画素値の切り替えの指示が無ければ、セレクタ15は、注目画素の画素値を選択して出力する。
キズ判定回路14は、第3の判定手段23によるキズ判定を実施することで、例えば空間周波数が高い領域において、キズではない画素をキズであると判定する誤判定を低減させることとしている。キズ補正回路5での誤判定による誤補正を低減可能とすることで、画像処理装置4は、解像度の劣化を少なくすることができる。また、エッジ部分でのキズ補正を一律に行わないとする制御を実施する場合に対して、本実施形態では、エッジ部分に生じた目立つキズの補正が可能となる。
図10は、注目画素の画素値Pa及び周辺画素の画素値Pbの分布とキズ判定との関係を説明する図である。図10の(a)、(b)、(c)は、いずれも横軸を輝度[LSB]として、横軸方向における縦線の位置が、各画素の画素値及び照明光成分Lの輝度を表すものとする。照明光成分Lは、周辺画素の画素値Pbの平均値とする。ここでは、白キズの判定の場合を例とする。
図10の(a)は、差分Pa−Lが第1の閾値Th1(L)より大きく、かつ差分Pa−Pmaxが第2の閾値Th2(R)より大きい場合を表している。周辺画素の画素値Pbは、狭い輝度範囲に分布している。画素値Pbが狭い輝度範囲に分布するほど、反射率成分R及び第2の閾値Th2(R)は小さい値となる。注目画素の画素値Paは、周辺画素の画素値Pbが分布する輝度範囲から高輝度側に大きく離れている。このケースでは、キズ判定回路14は、注目画素は白キズであると判定する。本ケースにおいてキズ判定回路14がキズである旨の判定をなすことで、キズ補正回路5は、輝度変化が少ない部分に生じた目立つキズを適切に補正することができる。
図10の(b)は、(a)に示す場合と注目画素の画素値Pa及び照明光成分Lが同等であるのに対して、周辺画素の画素値Pbが広い輝度範囲に分布している場合を表している。差分Pa−Pmaxは、第2の閾値Th2(R)より小さいものとする。画素値Pbが広い輝度範囲に分布するほど、反射率成分R及び第2の閾値Th2(R)は大きい値となる。注目画素の画素値Paは、周辺画素の画素値Pbが分布する輝度範囲から高輝度側に少しだけ離れている。このケースでは、キズ判定回路14は、注目画素は白キズではないと判定する。本ケースにおいてキズ判定回路14がキズではない旨の判定をなすことで、キズ補正回路5は、例えば、注目画素がエッジの一部である場合の誤補正を抑制可能となる。
図10の(c)は、(b)に示す場合と周辺画素の画素値Pbの分布、照明光成分L、反射率成分Rが同等であるのに対して、注目画素の画素値Paが周辺画素の画素値Pbの輝度範囲から高輝度側に大きく離れている場合を表している。差分Pa−Lは第1の閾値Th1(L)より大きく、かつ差分Pa−Pmaxは第2の閾値Th2(R)より大きいものとする。このケースでは、キズ判定回路14は、注目画素は白キズであると判定する。本ケースにおいてキズ判定回路14がキズである旨の判定をなすことで、キズ補正回路5は、例えば、エッジ部分に現れた目立つキズを適切に補正することが可能となる。
キズ補正回路5は、キズ判定に使用する閾値として、照明光成分Lに応じた第1の閾値Th1(L)と反射率成分Rに応じた第2の閾値Th2(R)とを採用することで、画像の明暗や周波数特性に適したキズ補正の実施が可能となる。キズ補正回路5は、目視上目立つと推定されるキズを効果的に補正するとともに、誤補正による解像度劣化を抑制することができる。例えば白キズの場合は、画像のうち輝度が低い部分ほど目立ち易くなる。キズ補正回路5は、白キズについては、暗部で閾値を下げることでキズを検出し易くするとともに、明部では閾値を上げることで誤補正を防止することが可能となる。画像処理装置4は、キズ補正回路5での適切なキズ補正により高品質な画像を得ることが可能となる。
例えば、ジーメンススターチャートにキズを付加した画像について本実施形態を適用した場合に、エッジ部分におけるキズ補正をキャンセルする従来技術の場合と周波数特性の差は少ないことが確認されている。本実施形態のキズ補正回路5は、従来技術と同程度に誤補正の抑制が可能である。
キズ判定回路14は、注目画素が黒キズであるか否かの判定の場合も、輝度の大小を逆とする以外は、白キズの判定の場合と同様の手順とする。黒キズ判定の場合、第1の判定手段21は、注目画素の画素値Paと周辺画素の画素値の最小値Pminとを比較する。注目画素の画素値Paが最小値Pminより小さい場合、第2の判定手段22は、照明光成分L及び画素値Paの差分L−Paと、第1の閾値Th1(L)を比較する。第3の判定手段23は、最小値Pmin及び注目画素の画素値Paの差分Pmin−Paと、第2の閾値Th2(R)とを比較する。キズ補正回路5は、注目画素が黒キズであると判定した場合、注目画素の画素値を例えば最小値Pminに切り替える。
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
4 画像処理装置、5 キズ補正回路、14 キズ判定回路、15 セレクタ、21 第1の判定手段、22 第2の判定手段、23 第3の判定手段、L 照明光成分、R 反射率成分、Th1(L) 第1の閾値、Th2(R) 第2の閾値。

Claims (5)

  1. 注目画素の画素値と、前記注目画素と同色用の画素であって前記注目画素の周辺に位置する複数の周辺画素の画素値とに基づいて、前記注目画素がキズであるか否かを判定するキズ判定手段を有し、
    前記キズ判定手段は、
    前記複数の周辺画素の画素値の最大値及び最小値と前記注目画素の画素値との比較によるキズ判定を実施する第1の判定手段と、
    前記複数の周辺画素の画素値の照明光成分に応じたキズ判定を実施する第2の判定手段と、
    前記複数の周辺画素の画素値の反射率成分に応じたキズ判定を実施する第3の判定手段と、
    を有することを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記第2の判定手段は、前記注目画素の画素値と前記照明光成分との差分と、前記照明光成分の関数である閾値との比較により前記キズ判定を実施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. 前記第3の判定手段は、前記注目画素の画素値と前記最大値又は前記最小値との差分と、前記反射率成分の関数である閾値との比較により前記キズ判定を実施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. 前記第2の判定手段は、前記複数の周辺画素の画素値の平均を前記照明光成分と推定して前記キズ判定を実施することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  5. 前記第3の判定手段は、前記複数の周辺画素の画素値と前記照明光成分との差分の絶対値の平均を前記反射率成分と推定して前記キズ判定を実施することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像処理装置。
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