JP2012169989A - Imaging device and interpolation processing method for imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2板式撮像装置において高周波成分を多く含んだ画像であっても偽色の発生を防止する撮像装置及び撮像装置の補間処理方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and an interpolation processing method of the imaging apparatus that prevent generation of false colors even in an image including a lot of high-frequency components in a two-plate imaging apparatus.
カラー撮像装置には、入射光(被写体像)を色分離光学系(プリズム)を用いてRGBの3色に分離し、3枚の白黒撮像素子に結像して各画素の3原色信号を得る3板式撮像装置や、各画素上にオンチップカラーフィルター(以下、OCFと称する)を形成した1枚のカラー撮像素子に入射光を結像し、信号処理(補間演算)によって各画素の3原色信号を得る単板式撮像装置がある。さらに、入射光を分離光学系(ビームスプリッター)を用いて分離し、白黒撮像素子1枚とカラー撮像素子1枚の各々に結像して2枚の撮像素子の出力信号を信号処理することによって各画素の3原色信号を得る2板式撮像装置がある。 In a color imaging apparatus, incident light (subject image) is separated into three colors of RGB using a color separation optical system (prism) and imaged on three monochrome imaging elements to obtain three primary color signals of each pixel. Incident light is imaged on a three-plate imaging device or a single color imaging device in which an on-chip color filter (hereinafter referred to as OCF) is formed on each pixel, and the three primary colors of each pixel are obtained by signal processing (interpolation calculation). There are single-plate imaging devices that obtain signals. Further, the incident light is separated by using a separation optical system (beam splitter), imaged on each of the monochrome imaging element and the color imaging element, and the output signals of the two imaging elements are subjected to signal processing. There is a two-plate imaging device that obtains three primary color signals of each pixel.
3板式撮像装置は、プリズムを用いるために装置が大きく、且つ撮像素子を3枚用いるために高価になるが、補間演算によらずに各画素の3原色信号を得ることができるので、例えば格子縞のように細かい繰り返しパターンを有する空間周波数の高い被写体像であっても正確に被写体像の各色信号を得ることができる。一方、単板式撮像装置は、プリズムが不要で撮像素子を1枚しか用いないので装置が小型で安価になるが、補間演算を行うために被写体像の空間周波数が高い場合には偽色を生じることがある。 The three-plate type image pickup device is large because of the use of a prism and is expensive because of the use of three image pickup devices. However, since the three primary color signals of each pixel can be obtained without using an interpolation operation, Thus, it is possible to accurately obtain each color signal of a subject image even for a subject image having a high spatial frequency having a fine repetitive pattern. On the other hand, the single-plate image pickup apparatus does not require a prism and uses only one image pickup device, so that the apparatus is small and inexpensive. However, a false color is generated when the spatial frequency of the subject image is high to perform interpolation calculation. Sometimes.
そこで、3板式撮像装置より小型安価であり、単板式撮像装置よりも高画質な画像を得ることのできる2板式撮像装置が提案されており、例えば特許文献1に開示された2板式CCDカメラがある。
Therefore, a two-plate type imaging device has been proposed that is smaller and cheaper than a three-plate type imaging device and can obtain a higher quality image than a single-plate type imaging device. For example, a two-plate type CCD camera disclosed in
しかしながら、上述した特許文献1に開示された従来の2板式CCDカメラでは、各画素における相関性の高い方向の如何に関わらず着目画素近傍のR信号のみからR信号の補間値を算出し、同様にB信号のみからB信号の補間値を算出しているので、空間周波数の高い画像、例えばカラー撮像素子のRあるいはBのカラーフィルターの配列ピッチよりも狭いピッチの縞模様で表されるような画像では、適切な色復調を行うことができずに偽色が生じてしまうという問題点があった。例えば配列ピッチの狭い白黒の縞模様の画像はシアン色あるいは黄色の縞模様として出力されてしまうという問題があった。
However, in the conventional two-plate CCD camera disclosed in
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、高周波成分が多く含まれた画像であっても偽色のない良好な補間画像を得ることのできる撮像装置及び撮像装置の補間処理方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and there is provided an imaging apparatus and an imaging apparatus capable of obtaining a good interpolated image having no false color even if the image contains a lot of high-frequency components. An object is to provide an interpolation processing method.
上記した目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、被写体を撮像して輝度信号を出力する第1撮像素子と、被写体を撮像してR信号とG信号とB信号との各色信号をベイヤ配列に従って出力する前記第1撮像素子と同じ画素数の第2撮像素子と、前記輝度信号に基づいて各画素における相関性の高い方向を表す相関方向指数を算出する相関方向指数算出部と、補間値を求める対象の着目画素に対して、前記相関方向指数に基づいて相関性の高い方向に位置する相関方向画素を求め、前記相関方向画素の色信号によって前記着目画素における色信号の補間値を求める信号補間部と、前記信号補間部で求められた色信号の補間値と前記輝度信号と前記第2撮像素子から出力された色信号とを用いて、求められていない色信号の補間値を算出する補間値算出部とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, an imaging apparatus according to the present invention includes a first imaging device that images a subject and outputs a luminance signal, and each color signal of an R signal, a G signal, and a B signal by imaging the subject. A second image sensor having the same number of pixels as the first image sensor, and a correlation direction index calculation unit that calculates a correlation direction index representing a direction with high correlation in each pixel based on the luminance signal; Then, a correlation direction pixel located in a highly correlated direction is obtained based on the correlation direction index for the target pixel for which an interpolation value is to be obtained, and the color signal of the target pixel is interpolated by the color signal of the correlation direction pixel. A signal interpolation unit for obtaining a value, an interpolation value of the color signal not obtained using the interpolation value of the color signal obtained by the signal interpolation unit, the luminance signal, and the color signal output from the second image sensor Calculate value Characterized in that it comprises an interpolation value calculating section for.
また、本発明に係る撮像装置の信号補間部は、前記着目画素が前記B信号を出力するB画素と前記R信号を出力するR画素との場合には、前記相関方向画素のG信号の平均値を補間値として求めるG信号補間部と、前記着目画素が前記G信号を出力するG画素の場合であって、かつ、前記相関方向画素が前記R画素のときには前記相関方向画素のR信号の平均値を補間値として求めるR信号補間部と、前記着目画素が前記G信号を出力するG画素の場合であって、かつ、前記相関方向画素が前記B画素のときには前記相関方向画素のB信号の平均値を補間値として求めるB信号補間部とを備えていることを特徴とする。 The signal interpolation unit of the imaging apparatus according to the present invention may be configured to calculate an average of the G signals of the correlation direction pixels when the target pixel is a B pixel that outputs the B signal and an R pixel that outputs the R signal. A G signal interpolating unit that obtains a value as an interpolation value, and the target pixel is a G pixel that outputs the G signal, and when the correlation direction pixel is the R pixel, the R signal of the correlation direction pixel An R signal interpolation unit for obtaining an average value as an interpolation value, and a B signal of the correlation direction pixel when the pixel of interest is a G pixel that outputs the G signal and the correlation direction pixel is the B pixel And a B signal interpolating unit for obtaining an average value as an interpolated value.
さらに、本発明に係る撮像装置の補間値算出部は、前記B画素においては前記G信号の補間値と前記輝度信号と前記B信号とを用いてR信号の補間値を算出し、前記G画素においては前記B信号の補間値と前記輝度信号と前記G信号とを用いてR信号の補間値を算出するR補間値算出部と、前記R画素においては前記G信号の補間値と前記輝度信号と前記R信号とを用いてB信号の補間値を算出し、前記G画素においては前記R信号の補間値と前記輝度信号と前記G信号とを用いてB信号の補間値を算出するB補間値算出部とを備えていることを特徴とする。 Furthermore, the interpolation value calculation unit of the imaging apparatus according to the present invention calculates an interpolation value of the R signal using the interpolation value of the G signal, the luminance signal, and the B signal in the B pixel, and the G pixel. An R interpolation value calculation unit that calculates an R signal interpolation value using the B signal interpolation value, the luminance signal, and the G signal, and the G signal interpolation value and the luminance signal in the R pixel. B interpolation using the R signal and the R signal, and the B signal calculating the B signal interpolation value using the R signal interpolation value, the luminance signal, and the G signal in the G pixel. And a value calculation unit.
また、本発明に係る撮像装置の補間処理方法は、第1撮像素子によって被写体を撮像して輝度信号を出力するステップと、前記第1撮像素子と同じ画素数の第2撮像素子によって被写体を撮像してR信号とG信号とB信号との各色信号をベイヤ配列に従って出力するステップと、前記輝度信号に基づいて各画素における相関性の高い方向を表す相関方向指数を算出する相関方向指数算出ステップと、補間値を求める対象の着目画素に対して、前記相関方向指数に基づいて相関性の高い方向に位置する相関方向画素を求め、前記相関方向画素の色信号によって前記着目画素における色信号の補間値を求める信号補間ステップと、前記信号補間ステップで求められた色信号の補間値と前記輝度信号と前記第2撮像素子から出力された色信号とを用いて、求められていない色信号の補間値を算出する補間値算出ステップとを含むことを特徴とする。 According to the interpolation processing method of the imaging apparatus according to the present invention, the subject is imaged by the first imaging element and a luminance signal is output, and the subject is imaged by the second imaging element having the same number of pixels as the first imaging element. A step of outputting each color signal of the R signal, the G signal, and the B signal in accordance with a Bayer array, and a correlation direction index calculating step for calculating a correlation direction index indicating a highly correlated direction in each pixel based on the luminance signal And a correlation direction pixel located in a highly correlated direction based on the correlation direction index for the target pixel for which an interpolation value is to be calculated, and the color signal of the target pixel is determined by the color signal of the correlation direction pixel. A signal interpolation step for obtaining an interpolation value, an interpolation value of the color signal obtained in the signal interpolation step, the luminance signal, and the color signal output from the second image sensor are used. Te, characterized in that it comprises an interpolation value calculating step of calculating an interpolated value of the color signal which is not required.
本発明に係る撮像装置及び撮像装置の補間処理方法によれば、輝度信号に基づいて各画素における相関性の高い方向を求め、この相関性の高い方向にある画素の色信号を用いて補間値を求めるので、高周波成分が多く含まれた画像であっても偽色のない良好な補間画像を得ることができる。 According to the imaging apparatus and the interpolation processing method of the imaging apparatus according to the present invention, a direction with high correlation in each pixel is obtained based on the luminance signal, and an interpolation value is obtained using the color signal of the pixel in the direction with high correlation. Therefore, even if the image contains a lot of high frequency components, a good interpolation image without false color can be obtained.
以下、本発明を適用した一実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[撮像装置の構成]
図1は本実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る撮像装置1は、被写体からの光が入射するレンズ2と、レンズ2を介して入射した被写体像を2方向に分離する分離光学系3と、被写体を撮像して輝度信号を出力する白黒撮像素子4と、被写体を撮像してR信号とG信号とB信号との各色信号をベイヤ配列に従って出力する白黒撮像素子4と同じ画素数のカラー撮像素子5と、補間処理を行って各画素の3原色信号Pを生成する補間処理部6とを備えている。
[Configuration of imaging device]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, an
本実施形態に係る撮像装置1は、レンズ2を介して入射した被写体像を分離光学系3によって2方向に分離し、白黒撮像素子4とカラー撮像素子5に結像させる。ここで、白黒撮像素子4は人間の視感度特性にほぼ等しい特性を持っており、カラー撮像素子5は画素上にベイヤー配列のOCF(オンチップカラーフィルター)が形成されている。白黒撮像素子4の出力SD1及びカラー撮像素子5の出力SD2は、補間処理部6に入力されて補間演算によって各画素の3原色信号Pが生成される。
The
ここで、照明条件(色温度)によってRGBのバランス(いわゆるホワイトバランス)が変化するので、無彩色の被写体に対してはR=G=Bとなるようにカラー撮像素子5の各色の利得は調整され、白黒撮像素子4については無彩色の被写体に対してはY=R=G=Bとなるように利得が調整される。
Here, since the RGB balance (so-called white balance) changes depending on the illumination condition (color temperature), the gain of each color of the
[補間処理部の構成]
図1に示すように、本実施形態に係る補間処理部6は、輝度信号に基づいて各画素における相関性の高い方向を表す相関方向指数を算出する相関方向指数算出部11と、補間値を求める対象の着目画素に対して、相関方向指数に基づいて相関性の高い方向に位置する相関方向画素を求め、この相関方向画素の色信号によって着目画素における色信号の補間値を求める信号補間部12と、信号補間部12で求められた色信号の補間値と輝度信号とカラー撮像素子5から出力された色信号とを用いて、求められていない色信号の補間値を算出する補間値算出部13とを備えている。
[Configuration of interpolation processing unit]
As shown in FIG. 1, the
また、信号補間部12は、着目画素がB信号を出力するB画素とR信号を出力するR画素の場合には、相関方向画素のG信号の平均値を補間値として求めるG信号補間部21と、着目画素がG信号を出力するG画素の場合で、かつ、相関方向画素がR画素のときには相関方向画素のR信号の平均値を補間値として求めるR信号補間部23と、着目画素がG信号を出力するG画素の場合で、かつ、相関方向画素がB画素のときには相関方向画素のB信号の平均値を補間値として求めるB信号補間部22とを備えている。
Further, when the pixel of interest is a B pixel that outputs a B signal and an R pixel that outputs an R signal, the
さらに、補間値算出部13は、B画素においてG信号の補間値と輝度信号とB信号とを用いてR信号の補間値を算出し、G画素においてB信号の補間値と輝度信号とG信号とを用いてR信号の補間値を算出するR補間値算出部31と、R画素においてG信号の補間値と輝度信号とR信号とを用いてB信号の補間値を算出し、G画素においてR信号の補間値と輝度信号とG信号とを用いてB信号の補間値を算出するB補間値算出部32とを備えている。
Further, the interpolation
[補間処理の手順]
次に、本実施形態に係る撮像装置1による補間処理の手順を図2のフローチャートを参照して説明する。ここでは撮像素子の画素ピッチと等しい周期の白黒の縦縞パターンの被写体を撮影した場合を一例として説明する。理解を容易にするために、白黒撮像素子4とカラー撮像素子5の画素配列は図3(a)に示すように同じ座標軸上に1つの模式図として示し、本実施形態の具体的な数値例を図3(b)に示す。また、水平方向x=i及び垂直方向y=jの座標を添え字(i,j)で示す。
[Interpolation procedure]
Next, the procedure of interpolation processing by the
図2に示すように、ステップS101では、座標(i,j)の位置にある画素の白黒撮像素子4の輝度信号出力Y(i,j)をもとにして、各画素における相関性の高い方向を表す相関方向指数D(i,j)を算出する。具体的な算出方法は、補間値を求める対象となっている着目画素の輝度信号をY(i,j)としたときに、上下に隣接する2画素の輝度信号Y(i,j-1)とY(i,j+1)の平均値Ya_v(i,j)と、左右に隣接する2画素Y(i-1,j)とY(i+1,j)の平均値Ya_h(i,j)とを算出し、これらの平均値と着目画素の輝度信号Y(i,j)との差分が小さい方向を相関性の高い方向とし、垂直方向の相関性が高い場合には相関方向指数D(i,j)=1、水平方向の相関性が高い場合には相関方向指数D(i,j)=0と定義すれば、次式によって算出することができる。
As shown in FIG. 2, in step S101, the correlation at each pixel is high based on the luminance signal output Y (i, j) of the
D(i,j)=0・・・(|Ya_v(i,j)−Y(i,j)|>|Ya_h(i,j)−Y(i,j)|の時)
=1・・・(|Ya_v(i,j)−Y(i,j)|=|Ya_h(i,j)−Y(i,j)|の時)
=1・・・(|Ya_v(i,j)−Y(i,j)|<|Ya_h(i,j)−Y(i,j)|の時) ・・・・(1)
ここで、|Ya_v(i,j)−Y(i,j)|=|Ya_h(i,j)−Y(i,j)|のときには水平方向、垂直方向ともに相関性の程度が同等なので、本実施形態では垂直方向を優先するものとした。ただし、これに限定されるわけではない。
D (i, j) = 0 (when | Ya_v (i, j) −Y (i, j) |> | Ya_h (i, j) −Y (i, j) |)
= 1 ... (when | Ya_v (i, j) -Y (i, j) | = | Ya_h (i, j) -Y (i, j) |)
= 1 (when | Ya_v (i, j) −Y (i, j) | <| Ya_h (i, j) −Y (i, j) |)) (1)
Here, when | Ya_v (i, j) −Y (i, j) | = | Ya_h (i, j) −Y (i, j) |, the degree of correlation is equal in both the horizontal and vertical directions. In the present embodiment, priority is given to the vertical direction. However, the present invention is not limited to this.
次に、ステップS102では、カラー撮像素子5においてBのOCFが形成されているx=奇数、y=偶数の座標(以下、B画素あるいは座標(o,e)と称す)におけるG信号の補間値g(o,e)を次式によって算出する。具体的な算出方法は、着目画素の相関方向指数がD(i,j)=1のとき、すなわち垂直方向の相関が強い場合には上下に隣接する2画素のG信号G(i,j-1)とG(i,j+1)の平均値をG信号の補間値g(i,j)として算出し、着目画素の相関方向指数がD(i,j)=0のとき、すなわち水平方向の相関が強い場合には左右に隣接する2画素のG信号G(i-1,j)とG(i+1,j)の平均値をG信号の補間値g(i,j)として算出する。
Next, in step S102, the interpolation value of the G signal at the coordinates of x = odd, y = even (hereinafter referred to as B pixel or coordinates (o, e)) where the B OCF is formed in the
g(i,j)=(G(i,j-1)+G(i,j+1))/2 ・・・(D(i,j)=1のとき)
g(i,j)=(G(i-1,j)+G(i+1,j))/2 ・・・(D(i,j)=0のとき) ・・・(2)
次に、ステップS103では、カラー撮像素子5においてRのOCFが形成されているx=偶数、y=奇数の座標(以下、R画素あるいは座標(e,o)と称す)におけるG信号の補間値g(e,o)を算出する。具体的な算出方法は、ステップS102と同様に相関方向画素のG信号の平均値をG信号の補間値g(i,j)として算出する。ステップS102及びS103による具体的な算出結果を図4(a)、(b)に示す。
g (i, j) = (G (i, j-1) + G (i, j + 1)) / 2 (when D (i, j) = 1)
g (i, j) = (G (i-1, j) + G (i + 1, j)) / 2 (when D (i, j) = 0) (2)
Next, in step S103, the interpolation value of the G signal at the coordinates of x = even and y = odd (hereinafter referred to as R pixels or coordinates (e, o)) where the R OCF is formed in the
次に、ステップS104では、カラー撮像素子5においてBのOCFが形成されている座標(o,e)におけるR信号の補間値r(o,e)を算出する。具体的な算出方法は、着目画素の白黒撮像素子4の出力Y(i,j)と、カラー撮像素子5の出力B(i,j)と、ステップS102で算出したG信号の補間値g(i,j)とを用いて、次式によって算出する。
Next, in step S104, an interpolation value r (o, e) of the R signal at the coordinates (o, e) where the B OCF is formed in the
r(i,j)=(Y(i,j)−0.6×g(i,j)−0.1×B(i,j))/0.3 ・・・・(3)
これによって座標(o,e)における画素の3原色は全て算出されるので、座標(o,e)における画素の色復調は完成する。この算出結果を図5(a)、(b)に示す。
r (i, j) = (Y (i, j) −0.6 × g (i, j) −0.1 × B (i, j)) / 0.3 (3)
As a result, all three primary colors of the pixel at the coordinate (o, e) are calculated, so that the color demodulation of the pixel at the coordinate (o, e) is completed. The calculation results are shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
次に、ステップS105では、カラー撮像素子5においてRのOCFが形成されている座標(e,o)におけるB信号の補間値b(e,o)を算出する。具体的な算出方法は、ステップS104と同様であり、B(i,j)の代わりにR(i,j)を用いて次式によって算出する。
Next, in step S105, the interpolation value b (e, o) of the B signal at the coordinate (e, o) where the R OCF is formed in the
b(i,j)=(Y(i,j)−0.6×g(i,j)−0.3×R(i,j))/0.1 ・・・・(4)
これによって座標(e,o)における画素の3原色は全て算出されるので、座標(e,o)における画素の色復調は完成する。この算出結果を図6(a)、(b)に示す。
b (i, j) = (Y (i, j) −0.6 × g (i, j) −0.3 × R (i, j)) / 0.1 (4)
As a result, all three primary colors of the pixel at the coordinate (e, o) are calculated, so that the color demodulation of the pixel at the coordinate (e, o) is completed. The calculation results are shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
次に、ステップS106では、カラー撮像素子5においてGのOCFが形成されている座標(e,e)の相関方向を相関方向指数D(e,e)を用いて判定する。ここで相関方向が縦である場合には、ステップS107aに移行して座標(e,e)におけるR信号の補間値r(e,e)を算出する。具体的な算出方法は、着目画素の上下に隣接する2画素のR信号R(i,j-1)とR(i,j+1)の平均値をR信号の補間値r(e,e)として算出する。この計算式を次式に示し、算出結果を図7(a)、(b)に示す。
Next, in step S106, the correlation direction of the coordinates (e, e) where the G OCF is formed in the
r(i,j)=(R(i,j-1)+R(i,j+1))/2 ・・・・(5)
引き続きステップS108aでは、座標(e,e)におけるB信号の補間値b(e,e)を算出する。具体的な算出方法は、着目画素の白黒撮像素子4の輝度信号Y(i,j)と、カラー撮像素子5のG信号G(i,j)と、ステップS107aで算出したR信号の補間値r(i,j)とを用いて、次式によって算出する。
r (i, j) = (R (i, j-1) + R (i, j + 1)) / 2 (5)
In step S108a, the interpolation value b (e, e) of the B signal at the coordinates (e, e) is calculated. A specific calculation method is that the luminance signal Y (i, j) of the monochrome
b(i,j)=(Y(i,j)−0.6×G(i,j)−0.3×r(i,j))/0.1 ・・・・(6)
これによって座標(e,e)における画素の3原色は全て算出されるので、座標(e,e)における画素の色復調は完成する。この算出結果を図8(a)、(b)に示す。
b (i, j) = (Y (i, j) −0.6 × G (i, j) −0.3 × r (i, j)) / 0.1 (6)
As a result, all the three primary colors of the pixel at the coordinates (e, e) are calculated, so that the color demodulation of the pixel at the coordinates (e, e) is completed. The calculation results are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b).
一方、ステップS106において相関方向が横であった場合には、ステップS107bに移行して座標(e,e)におけるB信号の補間値b(e,e)を算出し、ステップS108bにおいてR信号の補間値r(e,e)を算出する。具体的な算出方法は、相関方向が縦であった場合のステップS107a、108aと同様であり、B信号の補間値bの算出式とR信号の補間値rの算出式はそれぞれ以下のようになる。 On the other hand, if the correlation direction is horizontal in step S106, the process proceeds to step S107b to calculate the interpolated value b (e, e) of the B signal at the coordinates (e, e), and in step S108b the R signal Interpolated value r (e, e) is calculated. The specific calculation method is the same as that in steps S107a and 108a in the case where the correlation direction is vertical. The calculation formula for the interpolation value b for the B signal and the calculation formula for the interpolation value r for the R signal are as follows. Become.
b(i,j)=(B(i-1,j)+B(i+1,j))/2 ・・・・(7)
r(i,j)=(Y(i,j)−0.6×G(i,j)−0.1×b(i,j))/0.3 ・・・・(8)
次に、ステップS109に移行して、カラー撮像素子5においてGのOCFが形成されている座標(o,o)における相関方向を相関方向指数D(o,o)を用いて判定する。ここで、相関方向が縦である場合には、ステップS110aに移行して座標(o,o)におけるB信号の補間値b(o,o)を算出する。具体的な算出方法は、着目画素の上下に隣接している2画素のB信号B(i,j-1)とB(i,j+1)の平均値をB信号の補間値b(o,o)として算出する。この計算式を次式に示し、算出結果を図9(a)、(b)に示す。
b (i, j) = (B (i-1, j) + B (i + 1, j)) / 2 (7)
r (i, j) = (Y (i, j) −0.6 × G (i, j) −0.1 × b (i, j)) / 0.3 (8)
In step S109, the correlation direction at the coordinates (o, o) where the G OCF is formed in the
b(i,j)=(B(i,j-1)+B(i,j+1))/2 ・・・・(9)
引き続きステップS111aでは、座標(o,o)におけるR信号の補間値r(o,o)を算出する。具体的な算出方法は、着目画素の白黒撮像素子4の輝度信号Y(i,j)と、カラー撮像素子5のG信号G(i,j)と、ステップS110aで算出したB信号の補間値b(i,j)とを用いて、次式によって算出する。
b (i, j) = (B (i, j-1) + B (i, j + 1)) / 2 (9)
In step S111a, the interpolation value r (o, o) of the R signal at the coordinates (o, o) is calculated. A specific calculation method is that the luminance signal Y (i, j) of the monochrome
r(i,j)=(Y(i,j)−0.6×G(i,j)−0.1×b(i,j))/0.3 ・・・・(10)
これによって座標(o,o)における画素の3原色は全て算出されるので、座標(o,o)における画素の色復調は完成する。この算出結果を図10(a)、(b)に示す。
r (i, j) = (Y (i, j) −0.6 × G (i, j) −0.1 × b (i, j)) / 0.3 (10)
As a result, all the three primary colors of the pixel at the coordinates (o, o) are calculated, so that the color demodulation of the pixel at the coordinates (o, o) is completed. The calculation results are shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b).
一方、ステップS109において相関方向が横であった場合には、ステップS110bに移行して座標(o,o)におけるR信号の補間値r(o,o)を算出し、ステップS111bにおいてB信号の補間値b(o,o)を算出する。具体的な算出方法は、相関方向が縦であった場合のステップS110a、111aと同様であり、R信号の補間値rの算出式とB信号の補間値bの算出式はそれぞれ以下のようになる。 On the other hand, if the correlation direction is horizontal in step S109, the process proceeds to step S110b to calculate the interpolated value r (o, o) of the R signal at the coordinates (o, o), and in step S111b the B signal Interpolated value b (o, o) is calculated. The specific calculation method is the same as that in steps S110a and 111a when the correlation direction is vertical, and the calculation formula for the interpolation value r for the R signal and the calculation formula for the interpolation value b for the B signal are as follows. Become.
r(i,j)=(R(i-1,j)+R(i+1,j))/2 ・・・・(11)
b(i,j)=(Y(i,j)−0.6×G(i,j)−0.3×r(i,j))/0.1 ・・・・(12)
これによって座標(o,o)における画素の3原色は全て算出されるので、座標(o,o)における画素の色復調は完成する。
r (i, j) = (R (i-1, j) + R (i + 1, j)) / 2 (11)
b (i, j) = (Y (i, j) −0.6 × G (i, j) −0.3 × r (i, j)) / 0.1 (12)
As a result, all the three primary colors of the pixel at the coordinates (o, o) are calculated, so that the color demodulation of the pixel at the coordinates (o, o) is completed.
こうして全ての座標に対する3原色信号が算出されると、本実施形態に係る撮像装置による補間処理は終了する。この結果、本実施形態に係る撮像装置によれば、従来の補間処理方法では偽色が発生してしまう高周波成分を含んだ縦縞模様に対しても、図10(b)に示すように、補間処理結果に偽色はなく入力画像を正しく再現できていることが分かる。 When the three primary color signals for all coordinates are calculated in this way, the interpolation processing by the imaging apparatus according to the present embodiment ends. As a result, according to the imaging apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 10B, interpolation is also performed on a vertical stripe pattern including a high-frequency component that generates false colors in the conventional interpolation processing method. It can be seen that there is no false color in the processing result and the input image can be correctly reproduced.
尚、上述した実施形態では、ステップS101において全ての座標の相関方向指数を算出しているが、相関方向指数を算出するタイミングについてはこれに限定されるわけではなく、相関方向指数を参照する各ステップ(S102、S103、S106、S109)においてそれぞれ算出してもよい。また、ステップS102、S103においてG信号の補間値を全座標について算出した後に、ステップS104で座標(o,e)の色復調を完成させ、更にその後にステップS105で座標(e,o)の色復調を完成させているが、処理の順序はこれに限定されるわけではなく、まずステップS103→S105の順序で座標(e,o)の色復調を完成させ、次にステップS102→S104の順序で座標(o,e)の色復調を完成させてもよい。あるいはステップS106→S107→S108を最初に処理することで座標(e,e)の色復調を最初に完成させてもよいし、ステップS109→S110→S111を最初に処理することで座標(o,o)の色復調を最初に完成させてもよい。本発明は、このように処理の順序を入れ換えたとしても、その概念及び効果に変わりはない。もちろん、ハードウェアによって並列同時処理を行っても同様である。 In the above-described embodiment, the correlation direction index of all coordinates is calculated in step S101. However, the timing for calculating the correlation direction index is not limited to this, and each reference to the correlation direction index is performed. You may calculate in step (S102, S103, S106, S109), respectively. In addition, after the interpolation values of the G signal are calculated for all coordinates in steps S102 and S103, the color demodulation of the coordinates (o, e) is completed in step S104, and then the color of the coordinates (e, o) in step S105. Although the demodulation is completed, the order of processing is not limited to this. First, the color demodulation of the coordinates (e, o) is completed in the order of steps S103 → S105, and then the order of steps S102 → S104. The color demodulation of the coordinates (o, e) may be completed with Alternatively, the color demodulation of the coordinates (e, e) may be completed first by processing steps S106 → S107 → S108 first, or the coordinates (o, o) Color demodulation may be completed first. In the present invention, even if the order of processing is changed as described above, the concept and the effect are not changed. Of course, the same applies even if parallel parallel processing is performed by hardware.
また、上述した実施形態では、ステップS101における相関方向指数の算出方法として、着目画素を狭持する隣接2画素の平均値と着目画素との差分を用いて算出したが、算出方法はこれに限定されるわけではなく、更に多くの隣接画素に適当なフィルター処理を施した値を用いて算出するなど、既存の任意の方法を用いることができる。 In the above-described embodiment, the correlation direction index is calculated using the difference between the average value of two adjacent pixels that hold the pixel of interest and the pixel of interest as the method of calculating the correlation direction index in step S101. However, the calculation method is limited to this. However, any existing method can be used, such as calculation using a value obtained by appropriately filtering a larger number of adjacent pixels.
さらに、上述した実施形態では、ステップS102、S103、S107、S110における特定方向の補間値算出方法を、着目画素を狭持する隣接2画素の平均値としているが、算出方法はこれに限定されるわけではなく、更に多くの隣接画素に適当なフィルター処理を施した値を用いることもできる。 Further, in the above-described embodiment, the interpolation value calculation method in the specific direction in steps S102, S103, S107, and S110 is the average value of two adjacent pixels that hold the target pixel, but the calculation method is limited to this. However, it is also possible to use a value obtained by appropriately filtering a larger number of adjacent pixels.
なお、本発明は、ハードウェアにより図1の補間処理部を構成する場合に限定されるものではなく、図2の手順を実行するコンピュータプログラムによるソフトウェアによって補間処理を行うこともできる。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体からコンピュータに取り込まれてもよいし、ネットワーク経由でコンピュータに取り込まれてもよい。 The present invention is not limited to the case where the interpolation processing unit in FIG. 1 is configured by hardware, and the interpolation processing can also be performed by software by a computer program that executes the procedure in FIG. In this case, the computer program may be taken into the computer from a recording medium or may be taken into the computer via a network.
[実施形態の効果]
以上詳細に説明したように、本発明を適用した一実施形態に係る撮像装置及び撮像装置の補間処理方法によれば、輝度信号に基づいて各画素における相関性の高い方向を求め、この相関性の高い方向にある画素の色信号を用いて補間値を求めるので、高周波成分が多く含まれた画像であっても偽色のない良好な補間画像を得ることができる。
[Effect of the embodiment]
As described above in detail, according to the imaging apparatus and the interpolation processing method of the imaging apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied, a direction having high correlation in each pixel is obtained based on the luminance signal, and this correlation is obtained. Since the interpolation value is obtained using the color signal of the pixel in the higher direction, a good interpolation image without false colors can be obtained even for an image containing a lot of high frequency components.
また、本発明を適用した一実施形態に係る撮像装置によれば、着目画素がB画素とR画素の場合には相関方向画素のG信号の平均値を補間値として求めるG信号補間部21と、着目画素がG画素の場合には相関方向画素に応じてR信号及びB信号の平均値を補間値として求めるR信号補間部23及びB信号補間部22とを備えているので、相関性の高い方向にある画素の色信号を用いて補間値を求めることができる。
Further, according to the imaging apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied, when the target pixel is the B pixel and the R pixel, the G
さらに、本発明を適用した一実施形態に係る撮像装置によれば、G信号の補間値と輝度信号とB信号とを用いてR信号の補間値を算出する、あるいはB信号の補間値と輝度信号とG信号とを用いてR信号の補間値を算出するR補間値算出部31と、G信号の補間値と輝度信号とR信号とを用いてB信号の補間値を算出する、あるいはR信号の補間値と輝度信号とG信号とを用いてB信号の補間値を算出するB補間値算出部32とを備えているので、相関性の高い方向にある画素の色信号を用いて求められた補間値を用いて補間値を算出することができる。
Furthermore, according to the imaging apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied, the interpolation value of the R signal is calculated using the interpolation value of the G signal, the luminance signal, and the B signal, or the interpolation value of the B signal and the luminance. An R interpolation
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。したがって、本発明は、上述の実施形態に限定されるわけではなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various forms other than this embodiment can be used depending on the design as long as they do not depart from the technical idea of the present invention. Of course, it is possible to change.
1 撮像装置
2 レンズ
3 分離光学系
4 白黒撮像素子
5 カラー撮像素子
6 補間処理部
11 相関方向指数算出部
12 信号補間部
13 補間値算出部
21 G信号補間部
22 R信号補間部
23 B信号補間部
31 R補間値算出部
32 B補間値算出部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
被写体を撮像してR信号とG信号とB信号との各色信号をベイヤ配列に従って出力する前記第1撮像素子と同じ画素数の第2撮像素子と、
前記輝度信号に基づいて各画素における相関性の高い方向を表す相関方向指数を算出する相関方向指数算出部と、
補間値を求める対象の着目画素に対して、前記相関方向指数に基づいて相関性の高い方向に位置する相関方向画素を求め、前記相関方向画素の色信号によって前記着目画素における色信号の補間値を求める信号補間部と、
前記信号補間部で求められた色信号の補間値と前記輝度信号と前記第2撮像素子から出力された色信号とを用いて、求められていない色信号の補間値を算出する補間値算出部と
を備えていることを特徴とする撮像装置。 A first image sensor that images a subject and outputs a luminance signal;
A second image pickup device having the same number of pixels as the first image pickup device that picks up an image of a subject and outputs color signals of R, G, and B signals according to a Bayer array;
A correlation direction index calculating unit that calculates a correlation direction index representing a highly correlated direction in each pixel based on the luminance signal;
A correlation direction pixel located in a highly correlated direction is obtained based on the correlation direction index for a target pixel for which an interpolation value is to be calculated, and an interpolation value of a color signal at the target pixel is determined by a color signal of the correlation direction pixel. A signal interpolation unit for obtaining
An interpolation value calculation unit that calculates an interpolation value of a color signal that has not been obtained using the interpolation value of the color signal obtained by the signal interpolation unit, the luminance signal, and the color signal output from the second image sensor. An imaging device comprising:
前記着目画素が前記B信号を出力するB画素と前記R信号を出力するR画素との場合には、前記相関方向画素のG信号の平均値を補間値として求めるG信号補間部と、
前記着目画素が前記G信号を出力するG画素の場合であって、かつ、前記相関方向画素が前記R画素のときには前記相関方向画素のR信号の平均値を補間値として求めるR信号補間部と、
前記着目画素が前記G信号を出力するG画素の場合であって、かつ、前記相関方向画素が前記B画素のときには前記相関方向画素のB信号の平均値を補間値として求めるB信号補間部と
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The signal interpolation unit
When the pixel of interest is a B pixel that outputs the B signal and an R pixel that outputs the R signal, a G signal interpolation unit that obtains an average value of the G signals of the correlation direction pixels as an interpolation value;
An R signal interpolation unit that obtains an average value of R signals of the correlation direction pixel as an interpolation value when the target pixel is a G pixel that outputs the G signal and the correlation direction pixel is the R pixel; ,
A B signal interpolation unit for obtaining an average value of B signals of the correlation direction pixel as an interpolation value when the target pixel is a G pixel that outputs the G signal and the correlation direction pixel is the B pixel; The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
前記B画素において前記G信号の補間値と前記輝度信号と前記B信号とを用いてR信号の補間値を算出し、前記G画素において前記B信号の補間値と前記輝度信号と前記G信号とを用いてR信号の補間値を算出するR補間値算出部と、
前記R画素において前記G信号の補間値と前記輝度信号と前記R信号とを用いてB信号の補間値を算出し、前記G画素において前記R信号の補間値と前記輝度信号と前記G信号とを用いてB信号の補間値を算出するB補間値算出部と
を備えていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The interpolation value calculator is
An interpolation value of the R signal is calculated using the interpolation value of the G signal, the luminance signal, and the B signal in the B pixel, and the interpolation value of the B signal, the luminance signal, and the G signal in the G pixel An R interpolation value calculation unit for calculating an interpolation value of the R signal using
In the R pixel, an interpolation value of the B signal is calculated using the interpolation value of the G signal, the luminance signal, and the R signal. In the G pixel, the interpolation value of the R signal, the luminance signal, and the G signal are calculated. The imaging apparatus according to claim 2, further comprising: a B interpolation value calculation unit that calculates an interpolation value of the B signal using the B.
前記第1撮像素子と同じ画素数の第2撮像素子によって被写体を撮像してR信号とG信号とB信号との各色信号をベイヤ配列に従って出力するステップと、
前記輝度信号に基づいて各画素における相関性の高い方向を表す相関方向指数を算出する相関方向指数算出ステップと、
補間値を求める対象の着目画素に対して、前記相関方向指数に基づいて相関性の高い方向に位置する相関方向画素を求め、前記相関方向画素の色信号によって前記着目画素における色信号の補間値を求める信号補間ステップと、
前記信号補間ステップで求められた色信号の補間値と前記輝度信号と前記第2撮像素子から出力された色信号とを用いて、求められていない色信号の補間値を算出する補間値算出ステップと
を含むことを特徴とする撮像装置の補間処理方法。 Imaging a subject with a first image sensor and outputting a luminance signal;
Imaging a subject with a second image sensor having the same number of pixels as the first image sensor and outputting each color signal of an R signal, a G signal, and a B signal according to a Bayer array;
A correlation direction index calculating step for calculating a correlation direction index representing a highly correlated direction in each pixel based on the luminance signal;
A correlation direction pixel located in a highly correlated direction is obtained based on the correlation direction index for a target pixel for which an interpolation value is to be calculated, and an interpolation value of a color signal at the target pixel is determined by a color signal of the correlation direction pixel. A signal interpolation step to obtain
Interpolation value calculation step of calculating an interpolation value of a color signal that has not been obtained using the interpolation value of the color signal obtained in the signal interpolation step, the luminance signal, and the color signal output from the second image sensor. An interpolation processing method for an imaging apparatus, comprising:
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