JP2012142747A - Signal processing apparatus, signal processing method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、信号処理装置、信号処理方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a signal processing device, a signal processing method, and a program.
近日、CCDやCMOSなどの撮像素子を用い、撮像レンズにより撮像素子の受光面上に結像された被写体の光学像を撮像する撮像装置が普及している。このような撮像装置により得られる画像は、受光面上の受光画素数や撮像レンズの解像力に応じた解像度を有する。 2. Description of the Related Art Recently, an imaging apparatus that uses an imaging element such as a CCD or CMOS and picks up an optical image of a subject formed on a light receiving surface of an imaging element by an imaging lens has become widespread. An image obtained by such an imaging apparatus has a resolution corresponding to the number of light receiving pixels on the light receiving surface and the resolution of the imaging lens.
このため、撮像装置により得られる画像の解像度を向上するためには、受光画素の数を増大させることや、撮像レンズの解像力を高めることが効果的である。例えば、受光面上の受光画素の密度を高くすると共に、撮像レンズを通して受光面上に投影される点像が1つの受光画素の範囲内に収まるように撮像レンズの解像力を高めることにより、撮像装置により得られる画像の解像度を向上することが可能である。 For this reason, in order to improve the resolution of an image obtained by the imaging device, it is effective to increase the number of light receiving pixels or to increase the resolution of the imaging lens. For example, by increasing the density of light receiving pixels on the light receiving surface and increasing the resolving power of the imaging lens so that a point image projected on the light receiving surface through the imaging lens is within the range of one light receiving pixel, It is possible to improve the resolution of the image obtained.
ここで、撮像素子を構成する受光画素の密度を高めることは近年の技術向上により比較的容易である。一方、撮像レンズの解像力を高めるためには、撮像レンズを構成する各レンズの形状誤差や組立誤差などを低減することが有効であるが、加工、組立および調整制度などの製作精度をさらに高めることの困難性は高い。 Here, it is relatively easy to increase the density of the light receiving pixels constituting the image sensor due to recent technological improvements. On the other hand, in order to increase the resolving power of the imaging lens, it is effective to reduce the shape error and assembly error of each lens that constitutes the imaging lens, but it further increases the manufacturing accuracy of processing, assembly, and adjustment systems. The difficulty is high.
また、解像度を高める他のアプローチとして、特許文献1には、撮像装置の撮像により得られた画像を点像分布関数(PSF:Point Spread Function)に基づいて信号処理することにより解像度を高める方法が記載されている。
As another approach for increasing the resolution,
しかし、ベイヤー配列型の撮像素子により得られた画像において、G成分の画素数はRB成分の画素数の2倍である。このため、撮像素子により得られた画像を信号処理する際に、G成分に関する演算量が他の成分よりも多くなるという問題がある。また、G成分に限らず、昨今の画素数の増加により、画像の信号処理のための演算負荷の増大が懸念される。 However, in the image obtained by the Bayer array type image sensor, the number of pixels of the G component is twice the number of pixels of the RB component. For this reason, when the image obtained by the image sensor is subjected to signal processing, there is a problem that the amount of calculation regarding the G component is larger than that of the other components. In addition to the G component, there is a concern that the calculation load for image signal processing increases due to the recent increase in the number of pixels.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、インパルス応答の畳み込みによる信号劣化を補償するための信号処理の演算量を抑制することが可能な、新規かつ改良された信号処理装置、信号処理方法、およびプログラムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the amount of calculation of signal processing for compensating for signal degradation caused by convolution of impulse responses. To provide a new and improved signal processing apparatus, signal processing method, and program.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、データ信号からデータを間引く第1の処理部と、第2の処理部によりデータが間引かれたインパルス応答による信号劣化を補償する補償フィルタを前記第1の処理部による処理後のデータ信号に畳み込む畳み込み部と、前記畳み込み部による畳み込み結果を補間する補間処理部と、を備える信号処理装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, signal degradation due to an impulse response in which data is thinned out by a first processing unit and a second processing unit that thin out data from a data signal is compensated. There is provided a signal processing device including a convolution unit that convolves a compensation filter into a data signal processed by the first processing unit, and an interpolation processing unit that interpolates a convolution result by the convolution unit.
前記第1の処理部は、第1のフィルタ処理部によるフィルタリング後の前記データ信号からデータを間引き、前記第2の処理部は、第2のフィルタ処理部によるフィルタリング後のインパルス応答からデータを間引き、前記信号処理装置は、前記補間処理部による補間結果をフィルタリングする第3のフィルタ処理部をさらに備えてもよい。 The first processing unit thins data from the data signal after filtering by the first filter processing unit, and the second processing unit thins data from an impulse response after filtering by the second filter processing unit. The signal processing apparatus may further include a third filter processing unit that filters an interpolation result by the interpolation processing unit.
前記第2のフィルタ処理部は、前記第1のフィルタ処理部で用いられるフィルタ、および前記第3のフィルタ処理部で用いられるフィルタを用いてフィルタリングを行なってもよい。 The second filter processing unit may perform filtering using a filter used in the first filter processing unit and a filter used in the third filter processing unit.
前記信号処理装置は、前記第3のフィルタ処理部によるフィルタリング結果を前記データ信号に加算する加算部をさらに備えてもよい。 The signal processing device may further include an adding unit that adds a filtering result obtained by the third filter processing unit to the data signal.
前記データ信号は画像信号であり、前記信号処理装置は、前記畳み込み部によるある領域に関する畳み込み結果を、前記領域のエッジ情報に基づいて調整する調整部をさらに備え、前記補間部は、前記調整部による調整後の畳み込み結果を補間してもよい。 The data signal is an image signal, and the signal processing device further includes an adjustment unit that adjusts a convolution result of a certain region by the convolution unit based on edge information of the region, and the interpolation unit includes the adjustment unit. The convolution result after adjustment according to may be interpolated.
前記調整部は、前記エッジ情報に基づき、前記領域のエッジ成分が弱いほどゲインが高くなるように前記領域に関する畳み込み結果を調整してもよい。 The adjustment unit may adjust a convolution result related to the region based on the edge information so that the gain becomes higher as the edge component of the region is weaker.
前記調整部は、前記データ信号における前記領域のエッジ情報、前記畳み込み結果における前記領域のエッジ情報、または、前記第1の処理部による処理後のデータ信号における前記領域のエッジ情報に基づいて前記領域に関する畳み込み結果を調整してもよい。 The adjustment unit is configured to generate the region based on the edge information of the region in the data signal, the edge information of the region in the convolution result, or the edge information of the region in the data signal processed by the first processing unit. You may adjust the convolution result about.
前記データ信号は、撮像光学系により撮像されたベイヤー配列型の入力画像であり、前記インパルス応答は前記撮像光学系の点像分布関数であり、前記第2の処理部はG成分の点像分布関数からデータを間引き、前記第1の処理部はG成分の入力画像からデータを間引き、他の成分に対しては前記第1の処理部および前記第2の処理部によらない処理を行ってもよい。 The data signal is a Bayer array type input image captured by an imaging optical system, the impulse response is a point spread function of the imaging optical system, and the second processing unit is a point spread distribution of a G component. Data is thinned out from the function, the first processing unit thins out the data from the input image of the G component, and other components are subjected to processing independent of the first processing unit and the second processing unit. Also good.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、データ信号から第1の処理部によりデータを間引くステップと、第2の処理部によりデータが間引かれたインパルス応答による信号劣化を補償する補償フィルタを前記第1の処理部による処理後のデータ信号に畳み込むステップと、畳み込み結果を補間するステップと、を含む信号処理方法が提供される。 In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, a step of thinning out data from a data signal by a first processing unit and an impulse response in which data is thinned out by a second processing unit There is provided a signal processing method including a step of convolving a compensation filter that compensates for signal degradation into a data signal processed by the first processing unit and a step of interpolating a convolution result.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、データ信号からデータを間引く第1の処理部と、第2の処理部によりデータが間引かれたインパルス応答による信号劣化を補償する補償フィルタを前記第1の処理部による処理後のデータ信号に畳み込む畳み込み部と、前記畳み込み部による畳み込み結果を補間する補間処理部と、として機能させるためのプログラムが提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a computer includes an impulse response in which data is thinned out by a first processing unit that thins data from a data signal and a second processing unit. There is provided a program for functioning as a convolution unit that convolves a compensation filter that compensates for signal degradation due to the data signal after processing by the first processing unit, and an interpolation processing unit that interpolates a convolution result by the convolution unit. The
以上説明したように本発明によれば、画像解像度を高めるための信号処理の演算量を抑制することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the amount of calculation of signal processing for increasing the image resolution.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。 In the present specification and drawings, a plurality of components having substantially the same functional configuration may be distinguished by adding different alphabets after the same reference numeral. However, when it is not necessary to particularly distinguish each of a plurality of constituent elements having substantially the same functional configuration, only the same reference numerals are given.
また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
1.画像処理装置の基本構成
2.比較例による画像処理
3.本発明の第1の実施形態
3−1.第1の実施形態による信号処理部の構成
3−2.第1の実施形態による動作
4.本発明の第2の実施形態
4−1.第2の実施形態による信号処理部の構成
4−2.第2の実施形態による動作
5.まとめ
Further, the “DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION” will be described according to the following item order.
1. 1. Basic configuration of
<1.画像処理装置の基本構成>
本発明は、一例として「3.第1の実施形態」および「4.第2の実施形態」において詳細に説明するように、多様な形態で実施され得る。また、各実施形態による画像処理装置(信号処理装置)は、
A.データ信号からデータを間引く第1の処理部(230A)と、
B.第2の処理部(230B)によりデータが間引かれたインパルス応答による信号劣化を補償する補償フィルタを前記第1の処理部による処理後のデータ信号に畳み込む畳み込み部(250)と;
前記畳み込み部による畳み込み結果を補間する補間処理部(260)と、
を備える。
<1. Basic Configuration of Image Processing Device>
The present invention can be implemented in various forms as described in detail in “3. First Embodiment” and “4. Second Embodiment” as an example. In addition, the image processing apparatus (signal processing apparatus) according to each embodiment is
A. A first processing unit (230A) for thinning data from a data signal;
B. A convolution unit (250) for convolving a compensation filter that compensates for signal degradation due to the impulse response with data thinned out by the second processing unit (230B) into the data signal processed by the first processing unit;
An interpolation processing unit (260) for interpolating a convolution result by the convolution unit;
Is provided.
以下では、まず、このような各実施形態において共通する基本構成について図1〜図3を参照して説明する。 In the following, first, a basic configuration common to each of such embodiments will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の実施形態による画像処理装置1の構成を示した説明図である。図1に示したように、本発明の実施形態による画像処理装置1は、撮像光学系10と、アイリス2と、CMOS撮像素子14と、S/H_AGC16と、A/D変換部18と、AE検波ブロック24と、マイクロコンピュータ26と、アイリスドライバ28と、を備える。なお、本発明の実施形態による画像処理装置1は、撮像装置、携帯機器、車載機器および医療機器などの多様な機器に適用可能である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an
撮像光学系10は、複数の撮像レンズからなり、アイリス12を介して被写体の光学像をCMOS撮像素子14の受光面に結像させる。
The imaging
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子14は、受光面に結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。なお、CMOS撮像素子14は撮像素子の一例に過ぎず、画像処理装置1は、CMOS撮像素子14に代えて例えばCCD(Charge Coupled Device)撮像素子を備えてもよい。
A CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
S/H_AGC16は、CMOS撮像素子14からの出力に対してサンプルホールド(S/H)およびAGC(Automatic Gain Control)を施し、A/D変換部18は、S/H_AGC16からの出力をデジタル形式に変換する。A/D変換部18からのデジタル信号は、信号処理部20およびAE検波ブロック24に供給される。
The S /
信号処理部20は、A/D変換部18からのデジタル出力に対して各種の信号処理を施し、出力端子22を介して後段回路に処理後の信号を出力する。例えば、信号処理部20は、詳細については各実施形態として後述するように、デジタル出力として入力される入力画像の解像度を向上させるための信号処理を行う。
The
AE(Auto Exposure)検波ブロック24は、A/D変換部18から入力されるデジタル信号を検波する。マイクロコンピュータ26は、AE検波ブロック24から供給される検波値に基づき、アイリス12の開度を制御するための制御信号をアイリスドライバ28に供給する。アイリスドライバ28は、マイクロコンピュータ26から供給される制御信号に従ってアイリス12を駆動する。
An AE (Auto Exposure)
(ベイヤー配列)
上述したCMOS撮像素子14は、ベイヤー配列に従って画素が配列されている。以下、図2を参照してベイヤー配列について説明する。
(Bayer array)
In the
図2は、ベイヤー配列型のCMOS撮像素子14の受光面における画素配列を示した説明図である。図2に示したように、ベイヤー配列においては、水平方向に沿った第1ライン(最上段のライン)にはB成分を検知する画素とG成分を検知する画素が交互に配置され、第2ラインにはG成分を検知する画素とR成分を検知する画素とが交互に配置される。以下、垂直方向Vには同様の画素配列を有する複数のラインが配置され、各画素において光電変換が行われることにより、CMOS撮像素子14からカラー画像が出力される。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a pixel array on the light receiving surface of the Bayer array type
図3は、ベイヤー配列を有する画像の周波数帯域の概念を示した説明図である。図3に示したように、ベイヤー配列を有する画像は、サンプリングの観点から、G成分の帯域がR、B成分の帯域の2倍に相当する。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the concept of the frequency band of an image having a Bayer array. As shown in FIG. 3, an image having a Bayer array has a G component band equivalent to twice the R and B component bands from the viewpoint of sampling.
<2.比較例による画像復元処理>
以上、本発明の実施形態による画像処理装置の基本構成を説明した。続いて、図4〜図7を参照し、比較例による画像復元処理を説明する。
<2. Image restoration processing according to comparative example>
The basic configuration of the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention has been described above. Next, an image restoration process according to a comparative example will be described with reference to FIGS.
図4は、比較例による信号処理部80の構成を示した機能ブロック図である。図4に示したように、比較例による信号処理部80は、PSFテーブル82と、逆フィルタ設計部84と、畳み込み部86と、加算部88と、を有する。
FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the
PSFテーブル82は、RGB成分ごと、および画素ごとに定義される点像分布関数P(z)を保持する。点像分布関数は画面内で非一様な分布であるが、近隣画素との差分は必ずしも大きくないので、ある範囲内のブロックで点像分布関数を一様に近似することも可能である。なお、点像分布関数は、例えば特開2009−141742号公報に記載の方法により取得される。または、光学設計値の点像分布関数を用いてもよい。 The PSF table 82 holds a point spread function P (z) defined for each RGB component and each pixel. Although the point spread function is a non-uniform distribution in the screen, the difference from the neighboring pixels is not necessarily large, so that the point spread function can be uniformly approximated by a block within a certain range. Note that the point spread function is acquired by a method described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-141742. Alternatively, a point spread function of an optical design value may be used.
逆フィルタ設計部84は、RGB成分ごと、および画素ごとに、点像分布関数P(z)に対する逆フィルタK(z)を設計する。例えば、逆フィルタ設計部84は、特開2009−141742号公報に記載の方法や、ウィナーフィルタに基づき入力画像との平均二乗誤差を最小とする方法により逆フィルタK(z)を設計する。
The inverse
具体的には、逆フィルタ設計部84は、以下の数式1に従って逆フィルタの周波数応答K(w)を算出し、逆フィルタの周波数応答K(ω)を逆フーリエ変換することにより逆フィルタK(w)を設計することができる。なお、数式1においてP(w)はPSFの周波数応答を示し、N(w)はノイズ成分の周波数応答を示す。
Specifically, the inverse
畳み込み部86は、ベイヤー配列の入力画像X(z)のR成分、G成分、B成分の各々に対し、逆フィルタ設計部84により算出されたR成分向けの逆フィルタKr(z)、G成分向けの逆フィルタKg(z)、およびB成分向けの逆フィルタKb(z)の各々を畳み込む。このような畳み込み部86による演算を以下の数式2に示す。なお、数式2においてXr(z)は入力画像のR成分を示し、Xg(z)は入力画像のG成分を示し、Xb(z)は入力画像のB成分を示す。
The
加算部88は、数式3に示すように畳み込み部86により得られた畳み込み結果Y(z)をRGB成分ごとに入力画像に加算する。なお、数式3においてOr(z)は出力画像のR成分を示し、Og(z)は出力画像のG成分を示し、Ob(z)は出力画像のB成分を示す。
The
以上、比較例による信号処理部80の構成を説明した。続いて、図5を参照し、比較例による信号処理部80の動作を説明する。
The configuration of the
‐ステップS94
まず、図5に示したように、逆フィルタ設計部84が、RGB成分ごと、および画素ごとに、例えば数式1に示したように点像分布関数P(z)に対する逆フィルタK(z)を設計する。
-Step S94
First, as shown in FIG. 5, the inverse
‐ステップS96
その後、畳み込み部86は、ベイヤー配列の入力画像X(z)のR成分、G成分、B成分の各々に対し、逆フィルタ設計部84により算出されたR成分向けの逆フィルタKr(z)、G成分向けの逆フィルタKg(z)、およびB成分向けの逆フィルタKb(z)の各々を畳み込む(S96)。
-Step S96
Thereafter, the
‐ステップS98
そして、加算部88は、畳み込み部86により得られた畳み込み結果Y(z)を例えば数式3に示したようにRGB成分ごとに入力画像に加算し、出力画像O(z)を出力する。
-Step S98
Then, the adding
図6は、このような比較例による信号処理部80において設計される逆フィルタの2次元周波数応答のY軸断面を示した説明図である。図7は、比較例による信号処理部80によって復元された画像の2次元周波数応答のY軸の断面を示した説明図である。なお、図面においてはR成分を実線で示し、B成分を破線で示し、G成分を細線で示す。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a Y-axis cross section of the two-dimensional frequency response of the inverse filter designed in the
(本発明の実施形態に至る経緯)
図6に示したように、比較例によるG成分およびB成分の逆フィルタでは、ナイキスト周波数を1としたときの0.5以上の周波数も10dB以上持ち上げられる。しかし、撮像レンズを通過した高域の周波数成分のほとんどは、画像成分でなくノイズ成分である。このため、比較例による復元方法では、画像の解像度だけでなく、ノイズ成分も増幅してしまうという問題が生じる。
(Background to the embodiment of the present invention)
As shown in FIG. 6, in the inverse filter of the G component and the B component according to the comparative example, the frequency of 0.5 or more when the Nyquist frequency is 1 is also raised by 10 dB or more. However, most of the high frequency components that have passed through the imaging lens are not image components but noise components. For this reason, the restoration method according to the comparative example has a problem that not only the resolution of the image but also noise components are amplified.
また、図2に示したベイヤー配列型の画像に対して比較例による復元方法を適用すると、G成分がRB成分に対して2倍の帯域を有するので、色つきが生じる。具体的には、図7に示したように、G成分とB成分は高域まで復元されるが、R成分は0.4程度の周波数から急激に減少しているので、この復元結果の画像では赤色の色つきが生じる。 Further, when the restoration method according to the comparative example is applied to the Bayer array type image shown in FIG. 2, the G component has a band twice as large as the RB component, so that coloring occurs. Specifically, as shown in FIG. 7, the G component and the B component are restored to a high frequency, but the R component is rapidly reduced from a frequency of about 0.4. Then, red coloring occurs.
さらに、ベイヤー配列型の撮像素子により得られた画像において、G成分の画素数はRB成分の画素数の2倍である。このため、逆フィルタの設計や畳み込みなどの信号処理に際し、G成分に関する演算量が他の成分よりも多くなるという問題がある。また、G成分に限らず、昨今の画素数の増加により、画像の信号処理のための演算負荷の増大が懸念される。 Further, in the image obtained by the Bayer array type imaging device, the number of pixels of the G component is twice the number of pixels of the RB component. For this reason, in signal processing such as inverse filter design and convolution, there is a problem that the amount of calculation related to the G component is larger than that of the other components. In addition to the G component, there is a concern that the calculation load for image signal processing increases due to the recent increase in the number of pixels.
本発明の実施形態は、上記事情を一着眼点にしてなされたものであり、本発明の実施形態によれば、撮像素子の受光面に投影される光学像を撮像して画像を取得し、当該画像の品質を演算量の観点から効率的に向上させることが可能である。以下、このような本発明の各実施形態について詳細に説明する。 The embodiment of the present invention is made with the above circumstances as a focus, and according to the embodiment of the present invention, the optical image projected on the light receiving surface of the image sensor is captured to obtain an image, It is possible to efficiently improve the quality of the image from the viewpoint of calculation amount. Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described in detail.
<3.本発明の第1の実施形態>
[3−1.第1の実施形態による信号処理部の構成]
図8は、本発明の第1の実施形態による信号処理部20−1の構成を示した機能ブロック図である。図10に示したように、第1の実施形態による信号処理部20−1は、PSFテーブル210と、フィルタ処理部220A、220Bおよび220Cと、縮小処理部230Aおよび230Bと、逆フィルタ設計部240と、畳み込み部250と、拡大処理部260と、を有する。
<3. First embodiment of the present invention>
[3-1. Configuration of Signal Processing Unit According to First Embodiment]
FIG. 8 is a functional block diagram showing the configuration of the signal processing unit 20-1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the signal processing unit 20-1 according to the first embodiment includes a PSF table 210,
なお、以下ではG成分に関して縮小および拡大などを含む本実施形態による処理を行い、RB成分に関しては縮小および拡大を含まない例えば比較例に準ずる処理を行う例を説明するが、RGBの各成分に対して縮小および拡大などを含む本実施形態による処理を行ってもよい。 In the following, an example in which processing according to the present embodiment including reduction and enlargement is performed for the G component and processing according to a comparative example that does not include reduction and enlargement is performed for the RB component will be described. On the other hand, processing according to the present embodiment including reduction and enlargement may be performed.
PSFテーブル210は、RGB成分ごと、および画素ごとに定義される点像分布関数P(z)を保持する。点像分布関数は画面内で非一様な分布であるが、近隣画素との差分は必ずしも大きくないので、ある範囲内のブロックで点像分布関数を一様に近似することも可能である。なお、点像分布関数は、例えば特開2009−141742号公報に記載の方法により取得される。または、光学設計値の点像分布関数を用いてもよい。 The PSF table 210 holds a point spread function P (z) defined for each RGB component and each pixel. Although the point spread function is a non-uniform distribution in the screen, the difference from the neighboring pixels is not necessarily large, so that the point spread function can be uniformly approximated by a block within a certain range. Note that the point spread function is acquired by a method described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-141742. Alternatively, a point spread function of an optical design value may be used.
フィルタ処理部220A(第2のフィルタ処理部)は、ベイヤー配列の入力画像X(z)のG成分に対してエイリアジング成分を抑制するために、ローパスフィルタを用いて入力画像X(z)のG成分のフィルタリングを行う。ローパスフィルタのフィルタ特性をLa(z)とすると、フィルタ処理部220Aによるフィルタリングは数式4のように表現される。
The
縮小処理部230Aは、フィルタ処理部220Aによるフィルタリング後の低域の入力画像Xa(z)からデータを間引くことにより、入力画像Xa(z)を水平方向および垂直方向の各々に関して例えば1/2に縮小する。以下、図9および図10を参照し、このようなフィルタ処理部220Aおよび縮小処理部230Aによる処理例を具体的に説明する。
The
図9および図10は、フィルタ処理部220Aおよび縮小処理部230Aによる処理例を示した説明図である。フィルタ処理部220Aおよび縮小処理部230Aは、水平方向および垂直方向の各々のG成分を順次に処理する。例えば、図9の上段に示したようにG成分の画素がベイヤー配列に従って分布していた場合を考える。この場合、フィルタ処理部220Aは、まず、水平方向に沿った例えば(1,3,3,3,1)のようなローパスフィルタを用いて入力画像のG成分(G1,1〜Gm,n)をフィルタリングする。
9 and 10 are explanatory diagrams showing an example of processing by the
フィルタ処理部220Aにより図9の中段に示したフィルタリング結果(g1,1〜gm,n)が得られると、縮小処理部230Aは、フィルタリング結果(g1,1〜gm,n)の各行からデータを間引く。これにより、図9の下段に示したように、水平方向幅が1/2に縮小された入力画像が得られる。
When the filtering result (g 1,1 to g m, n ) shown in the middle stage of FIG. 9 is obtained by the
フィルタ処理部220Aおよび縮小処理部230Aは、この水平方向幅が1/2に縮小された入力画像の垂直方向に対しても同様の処理を行う。例えば、フィルタ処理部220Aは、垂直方向に沿った例えば(1,3,3,3,1)のようなローパスフィルタを用い、水平方向幅が1/2に縮小された入力画像のG成分(g1,n-1〜gm,n-1)をフィルタリングする。
The
フィルタ処理部220Aにより図10の中段に示したフィルタリング結果(g’1,n-1〜g’m,n-1)が得られると、縮小処理部230Aは、フィルタリング結果(g’1,n-1〜g’m,n-1)の各列からデータを間引く。これにより、図10の下段に示したように、水平方向幅および垂直方向幅が1/2に縮小された入力画像が得られる。
When the filtering result (g ′ 1, n−1 to g ′ m, n−1 ) shown in the middle stage of FIG. 10 is obtained by the
フィルタ処理部220B(第1のフィルタ処理部)は、数式5に示すように、点像分布関数P(z)を、フィルタ処理部220Aにおいて用いられるローパスフィルタLa(z)、およびフィルタ処理部220Cにおいて用いられるローパスフィルタLb(z)を用いてフィルタリングする。これにより、帯域制限された点像分布関数Pa(z)が得られる。
As shown in
縮小処理部230Bは、フィルタ処理部220Bにより得られた点像分布関数Pa(z)からデータを間引くことにより、点像分布関数Pa(z)を水平方向および垂直方向の各々に関して例えば1/2に縮小する。なお、フィルタ処理部220Bおよび縮小処理部230Bは、入力画像に関して図9および図10を参照して説明したように、水平方向および垂直方向の各々のG成分を順次に処理することにより点像分布関数Pa(z)を取得してもよい。
The
逆フィルタ設計部240は、縮小処理部230Bにより縮小された点像分布関数Pa(z)の逆特性を有する逆フィルタを設計する。具体的には、逆フィルタ設計部230は、以下の数式6に従って逆フィルタの周波数応答Ka(w)を算出し、逆フィルタの周波数応答Ka(ω)を逆フーリエ変換することにより逆フィルタKa(z)を設計することができる。なお、数式6においてPa(w)は縮小処理後の点像分布関数の周波数応答を示し、P* a(w)はPa(w)の複素共役を示し、N(w)はノイズ成分の周波数応答を示す。また、逆フィルタは、厳密に点像分布関数Pa(z)の逆特性である必要はなく、点像分布関数Pa(z)による信号劣化の少なくとも一部を補償する補償フィルタであればよい。
The inverse
畳み込み部250は、数式7に示すように、縮小処理部230Aによる縮小処理後の入力画像Xag(z)に対して、逆フィルタ設計部240によりG成分向けに設計された逆フィルタKag(z)を畳み込む。
As shown in Equation 7, the
拡大処理部260は、畳み込み部250による畳み込み結果の水平方向および垂直方向にデータを挿入(例えば、0を補間)することにより、畳み込み結果を入力画像と同じ大きさの画像T(z)に拡大する。
The
フィルタ処理部220C(第3のフィルタ処理部)は、数式8に示すように、拡大処理部260による拡大後の画像T(z)を、イメージング成分を抑制するためにローパスフィルタLb(z)を用いてフィルタリングする。これにより、G成分に関する出力画像Og(z)が得られる。
The
ここで、図11および図12を参照し、拡大処理部260およびフィルタ処理部220Cによる処理例を具体的に説明する。
Here, with reference to FIG. 11 and FIG. 12, a processing example by the
図11および図12は、拡大処理部260およびフィルタ処理部220Cによる処理例を示した説明図である。拡大処理部260およびフィルタ処理部220Cは、水平方向および垂直方向の各々のG成分を順次に処理する。例えば、畳み込み部250により図11の上段に示した畳み込み結果(G1,1〜Gm−1,n−1)が得られた場合、まず、拡大処理部260が畳み込み結果の各行に0を挿入する。これにより、水平方向幅が入力画像と同一である画像が得られる。
11 and 12 are explanatory diagrams showing an example of processing by the
拡大処理部260により図11の中段に示した拡大結果が得られると、フィルタ処理部220Cは、水平方向に沿った例えば(1,3,3,3,1)のようなローパスフィルタを用いて拡大結果をフィルタリングする。
When the
拡大処理部260およびフィルタ処理部220Cは、水平方向幅が入力画像と同一であり、垂直方向幅が入力画像の半分である図11の下段に示した画像に対しても同様の処理を行う。例えば、拡大処理部260は、図12の中段に示したように、画像の各列に0を挿入する。これにより、水平方向幅および垂直方向幅が入力画像と同一である画像が得られる。
The
フィルタ処理部220Cは、この画像を、垂直方向に沿った例えば(1,3,3,3,1)のようなローパスフィルタを用いてフィルタリングする。その結果、図12の下段に示したようにG’1,1〜G’m,nが得られる。このうち、図12の下段において色を付して示したベイヤー配列に従ったG成分値がG成分の出力画像として出力される。
The
[3−2.第1の実施形態による動作]
以上、本発明の第1の実施形態による信号処理部20−1の構成を説明した。続いて、図13を参照し、本発明の第1の実施形態による動作を説明する。
[3-2. Operation according to first embodiment]
The configuration of the signal processing unit 20-1 according to the first embodiment of the present invention has been described above. Next, the operation according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図13は、本発明の第1の実施形態による動作を示したフローチャートである。図13に示したように、まず、フィルタ処理部220Bが、点像分布関数P(z)を、フィルタ処理部220Aにおいて用いられるローパスフィルタLa(z)、およびフィルタ処理部220Cにおいて用いられるローパスフィルタLb(z)を用いてフィルタリングする(S300)。
FIG. 13 is a flowchart showing an operation according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, first, the
そして、縮小処理部230Bが、フィルタ処理部220Bにより得られた点像分布関数Pa(z)からデータを間引くことにより、点像分布関数Pa(z)を水平方向および垂直方向の各々に関して例えば1/2に縮小する(S310)。さらに、逆フィルタ設計部240が、縮小処理部230Bにより縮小された点像分布関数Pa(z)の逆特性を有する逆フィルタKa(z)を設計する(S320)。
The
一方、フィルタ処理部220Aは、ベイヤー配列の入力画像X(z)のG成分に対してエイリアジング成分を抑制するために、ローパスフィルタを用いて入力画像X(z)のG成分のフィルタリングを行う(S330)。縮小処理部230Aは、フィルタ処理部220Aによるフィルタリング後の低域の入力画像Xa(z)からデータを間引くことにより、入力画像Xa(z)を水平方向および垂直方向の各々に関して例えば1/2に縮小する(S340)。
On the other hand, the
続いて、畳み込み部250は、縮小処理部230Aによる縮小処理後の入力画像Xag(z)に対して、逆フィルタ設計部240によりG成分向けに設計された逆フィルタKag(z)を畳み込む(S350)。
Subsequently, the
その後、拡大処理部260は、畳み込み部250による畳み込み結果の水平方向および垂直方向にデータを挿入(例えば、0を補間)することにより、畳み込み結果を入力画像と同じ大きさの画像T(z)に拡大する(S360)。さらに、フィルタ処理部220Cが、拡大処理部260による拡大後の画像T(z)を、イメージング成分を抑制するためにローパスフィルタLb(z)を用いてフィルタリングする(S370)。これにより、G成分に関する出力画像Og(z)が得られる。
Thereafter, the
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、縮小処理部230Aにより縮小された入力画像に対して畳み込みが行われるので、畳み込み部250における演算負荷を抑制することが可能である。なお、上記では水平方向幅および垂直方向幅の各々を1/2に縮小する例を説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、水平方向幅または垂直方向幅のいずれかのみを縮小してもよいし、水平方向幅および垂直方向幅を異なる割合で縮小してもよいし、縮小幅を1/2よりもさらに小さくしてもよい。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the input image reduced by the
<4.本発明の第2の実施形態>
以上、本発明の第1の実施形態を説明した。続いて、図14〜図19を参照し、本発明の第2の実施形態を説明する。
<4. Second embodiment of the present invention>
The first embodiment of the present invention has been described above. Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[4−1.第2の実施形態による信号処理部の構成]
図14は、本発明の第2の実施形態による信号処理部20−2の構成を示した機能ブロック図である。図14に示したように、第2の実施形態による信号処理部20−2は、PSFテーブル210と、フィルタ処理部220A、220Bおよび220Cと、縮小処理部230Aおよび230Bと、逆フィルタ設計部240’と、畳み込み部250と、拡大処理部260と、調整部270と、加算部280と、を有する。
[4-1. Configuration of Signal Processing Unit According to Second Embodiment]
FIG. 14 is a functional block diagram showing the configuration of the signal processing unit 20-2 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, the signal processing unit 20-2 according to the second embodiment includes a PSF table 210,
なお、PSFテーブル210、フィルタ処理部220Aおよび220B、縮小処理部230Aおよび230Bについては、第1の実施形態で説明したので、詳細な説明を省略する。
Since the PSF table 210, the
逆フィルタ設計部240’は、縮小処理部230Bにより縮小された点像分布関数Pa(z)の逆特性を有する逆フィルタを設計する。具体的には、逆フィルタ設計部240’は、以下の数式9に従って逆フィルタの周波数応答Ka(w)を算出し、逆フィルタの周波数応答Ka(ω)を逆フーリエ変換することにより逆フィルタKa(z)を設計することができる。なお、数式9においてPa(w)は縮小処理後の点像分布関数の周波数応答を示し、P* a(w)はPa(w)の複素共役を示し、N(w)はノイズ成分の周波数応答を示す。
The inverse
畳み込み部250は、数式10に示すように、縮小処理部230Aによる縮小処理後の入力画像Xag(z)に対して、逆フィルタ設計部240によりG成分向けに設計された逆フィルタKag(z)を畳み込む。
As shown in
調整部270は、畳み込み部250によるある対象画素の畳み込み結果Ya(z)を、対象画素付近のエッジ情報に基づいて調整する。具体的には、調整部270は、まず数式11に示す対象画素付近のエッジ情報Diffを算出する。数式11における画素A、B、C、およびDの対象画素Pに対する位置は図15に示した通りである。
The
なお、調整部250は、入力画像における対象画素付近のエッジ情報Diffを算出してもよいし、畳み込み部250による畳み込み結果における対象画素付近のエッジ情報Diffを算出してもよいし、縮小処理部230Aによる縮小処理後の入力画像における対象画素付近のエッジ情報Diffを算出してもよい。
Note that the
そして、調整部270は、エッジ情報Diffに応じてゲインGを算出する。例えば、調整部270は、エッジ情報DiffとゲインGの図16に示した関係に従ってゲインGを算出してもよい。図16に示した関係によれば、エッジ情報Diffが閾値以下である場合はゲインGとして1.00を算出され、エッジ情報Diffが閾値以上になるとゲインGが段階的に減少する。
Then, the
さらに、調整部270は、数式12に示すように、畳み込み部250による畳み込み結果Ya(z)を、算出したゲインGに従って調整する。
Further, the
拡大処理部260は、調整部270による調整後の畳み込み結果の水平方向および垂直方向にデータを挿入(例えば、0を補間)することにより、畳み込み結果を入力画像と同じ大きさの画像T(z)に拡大する。
The
フィルタ処理部220Cは、数式13に示すように、拡大処理部260による拡大後の画像T(z)を、イメージング成分を抑制するためにローパスフィルタLb(z)を用いてフィルタリングする。これにより、G成分に関する加算用画像Zb(z)が得られる。
The
加算部280は、数式14に示すように、フィルタ処理部220Cによるフィルタリング結果である加算用画像Zb(z)を入力画像X(z)に加算する。これにより、G成分に関する出力画像Og(z)が得られる。
As shown in
[4−2.第2の実施形態による動作]
以上、本発明の第2の実施形態による信号処理部20−2の構成を説明した。続いて、図17を参照し、本発明の第2の実施形態による動作を説明する。
[4-2. Operation according to the second embodiment]
The configuration of the signal processing unit 20-2 according to the second embodiment of the present invention has been described above. Subsequently, an operation according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図17は、本発明の第2の実施形態による動作を示したフローチャートである。図16に示したように、フィルタ処理部220Bが、点像分布関数P(z)を、フィルタ処理部220Aにおいて用いられるローパスフィルタLa(z)、およびフィルタ処理部220Cにおいて用いられるローパスフィルタLb(z)を用いてフィルタリングする(S300)。
FIG. 17 is a flowchart showing an operation according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 16, the
そして、縮小処理部230Bが、フィルタ処理部220Bにより得られた点像分布関数Pa(z)からデータを間引くことにより、点像分布関数Pa(z)を水平方向および垂直方向の各々に関して例えば1/2に縮小する(S310)。さらに、逆フィルタ設計部240が、縮小処理部230Bにより縮小された点像分布関数Pa(z)の逆特性を有する逆フィルタKa(z)を設計する(S320)。
The
一方、フィルタ処理部220Aは、ベイヤー配列の入力画像X(z)のG成分に対してエイリアジング成分を抑制するために、ローパスフィルタを用いて入力画像X(z)のG成分のフィルタリングを行う(S330)。縮小処理部230Aは、フィルタ処理部220Aによるフィルタリング後の低域の入力画像Xa(z)からデータを間引くことにより、入力画像Xa(z)を水平方向および垂直方向の各々に関して例えば1/2に縮小する(S340)。
On the other hand, the
続いて、畳み込み部250は、縮小処理部230Aによる縮小処理後の入力画像Xag(z)に対して、逆フィルタ設計部240によりG成分向けに設計された逆フィルタKag(z)を畳み込む(S350)。
Subsequently, the
そして、調整部270は、畳み込み部250によるある対象画素の畳み込み結果Ya(z)を、対象画素付近のエッジ情報に基づいて調整する(S360)。その後、拡大処理部260は、調整部270による調整後の畳み込み結果の水平方向および垂直方向にデータを挿入(例えば、0を補間)することにより、畳み込み結果を入力画像と同じ大きさの画像T(z)に拡大する(S370)。
Then, the
さらに、フィルタ処理部220Cが、拡大処理部260による拡大後の画像T(z)を、イメージング成分を抑制するためにローパスフィルタLb(z)を用いてフィルタリングする(S380)。その後、加算部280が、フィルタ処理部220Cによるフィルタリング結果である加算用画像Zb(z)を入力画像X(z)に加算する。これにより、G成分に関する出力画像Og(z)が得られる。
Further, the
ここで、図18および図19を参照し、本発明の第2の実施形態による効果を説明する。 Here, with reference to FIG. 18 and FIG. 19, the effect by the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
図19は、図18に示した入力画像の復元結果の2次元周波数応答のY軸の断面を示した説明図である。図19に示したように、本発明の第2の実施形態によれば、0.4程度までの低域を十分に復元することが可能である。また、本発明の第2の実施形態によれば、図19に示したように、各色とも0.4程度から落ちているので色つきの問題は解消され、かつ、高域は−10dB以上落とされるので高域のノイズ成分は増幅されない。また、調整部270によるエッジ情報に基づく調整により、白黒のエッジ部分に起きる画素が黒色に沈む現象も改善することが可能である。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a Y-axis cross section of the two-dimensional frequency response of the restoration result of the input image shown in FIG. As shown in FIG. 19, according to the second embodiment of the present invention, it is possible to sufficiently restore the low frequency up to about 0.4. Further, according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 19, since each color falls from about 0.4, the problem of coloring is solved, and the high frequency is lowered by -10 dB or more. Therefore, the high frequency noise component is not amplified. In addition, by the adjustment based on the edge information by the
<5.まとめ>
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、縮小処理部230Aにより縮小された入力画像に対して畳み込みが行われるので、畳み込み部250における演算負荷を抑制することが可能である。また、本発明の実施形態によれば、高域のノイズ成分の増幅を回避しつつ、0.4程度までの低域を十分に復元することが可能である。
<5. Summary>
As described above, according to the embodiment of the present invention, since the convolution is performed on the input image reduced by the
なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記では点像分布関数が畳み込まれた入力画像を補償する画像処理装置を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。点像分布関数はインパルス応答の一例に過ぎず、入力画像はデータ信号の一例に過ぎず、画像処理装置はインパルス応答が畳み込まれたデータ信号を補償する信号処理装置の一例に過ぎない。本発明は、インパルス応答が畳み込まれたデータ信号を補償する信号処理装置全般に適用可能である。 For example, the image processing apparatus that compensates the input image in which the point spread function is convoluted has been described above, but the present invention is not limited to such an example. A point spread function is only an example of an impulse response, an input image is only an example of a data signal, and an image processing device is only an example of a signal processing device that compensates for a data signal in which the impulse response is convoluted. The present invention is applicable to all signal processing apparatuses that compensate for a data signal in which an impulse response is convoluted.
また、本明細書の信号処理部20の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、信号処理部20の処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
Further, each step in the processing of the
また、画像処理装置1に内蔵されるCPU、ROMおよびRAMなどのハードウェアを、上述した信号処理部20の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
In addition, a computer program for causing hardware such as a CPU, a ROM, and a RAM built in the
1 画像処理装置
10 撮像光学系
20 信号処理部
210 PSFテーブル
220 フィルタ処理部
230 縮小処理部
240、240’ 逆フィルタ設計部
250 畳み込み部
260 拡大処理部
270 調整部
280 加算部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第2の処理部によりデータが間引かれたインパルス応答による信号劣化を補償する補償フィルタを前記第1の処理部による処理後のデータ信号に畳み込む畳み込み部と;
前記畳み込み部による畳み込み結果を補間する補間処理部と;
を備える、信号処理装置。 A first processing unit for thinning data from the data signal;
A convolution unit that convolves a compensation filter that compensates for signal degradation due to an impulse response with data thinned out by the second processing unit into the data signal processed by the first processing unit;
An interpolation processing unit for interpolating a convolution result by the convolution unit;
A signal processing apparatus comprising:
前記第2の処理部は、第2のフィルタ処理部によるフィルタリング後のインパルス応答からデータを間引き、
前記信号処理装置は、
前記補間処理部による補間結果をフィルタリングする第3のフィルタ処理部をさらに備える、請求項1に記載の信号処理装置。 The first processing unit thins data from the data signal after filtering by the first filter processing unit,
The second processing unit thins data from the impulse response after filtering by the second filter processing unit,
The signal processing device includes:
The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising a third filter processing unit that filters an interpolation result obtained by the interpolation processing unit.
前記第3のフィルタ処理部によるフィルタリング結果を前記データ信号に加算する加算部をさらに備える、請求項1に記載の信号処理装置。 The signal processing device includes:
The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising an addition unit that adds a filtering result obtained by the third filter processing unit to the data signal.
前記信号処理装置は、
前記畳み込み部によるある領域に関する畳み込み結果を、前記領域のエッジ情報に基づいて調整する調整部をさらに備え、
前記補間部は、前記調整部による調整後の畳み込み結果を補間する、請求項4に記載の信号処理装置。 The data signal is an image signal;
The signal processing device includes:
An adjustment unit that adjusts a convolution result related to a certain region by the convolution unit based on edge information of the region;
The signal processing apparatus according to claim 4, wherein the interpolation unit interpolates a convolution result after adjustment by the adjustment unit.
前記インパルス応答は前記撮像光学系の点像分布関数であり、
前記第2の処理部はG成分の点像分布関数からデータを間引き、
前記第1の処理部はG成分の入力画像からデータを間引き、
他の成分に対しては前記第1の処理部および前記第2の処理部によらない処理を行う、請求項7に記載の信号処理装置。 The data signal is a Bayer array type input image captured by an imaging optical system,
The impulse response is a point spread function of the imaging optical system,
The second processing unit thins data from the point spread function of the G component,
The first processing unit thins data from an input image of G component,
The signal processing apparatus according to claim 7, wherein processing other than the first processing unit and the second processing unit is performed on the other components.
第2の処理部によりデータが間引かれたインパルス応答による信号劣化を補償する補償フィルタを前記第1の処理部による処理後のデータ信号に畳み込むステップと;
畳み込み結果を補間するステップと;
を含む、信号処理方法。 Thinning out data from the data signal by the first processing unit;
Convolving a compensation filter that compensates for signal degradation due to an impulse response with data thinned out by the second processing unit into the data signal processed by the first processing unit;
Interpolating the convolution results;
Including a signal processing method.
データ信号からデータを間引く第1の処理部と;
第2の処理部によりデータが間引かれたインパルス応答による信号劣化を補償する補償フィルタを前記第1の処理部による処理後のデータ信号に畳み込む畳み込み部と;
前記畳み込み部による畳み込み結果を補間する補間処理部と;
として機能させるための、プログラム。
Computer
A first processing unit for thinning data from the data signal;
A convolution unit that convolves a compensation filter that compensates for signal degradation due to an impulse response with data thinned out by the second processing unit into the data signal processed by the first processing unit;
An interpolation processing unit for interpolating a convolution result by the convolution unit;
Program to function as
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---|---|---|---|
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JP2014203326A (en) * | 2013-04-08 | 2014-10-27 | 任天堂株式会社 | Image processing program, image processing device, image processing system, and image processing method |
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