JP2017050646A - 画像処理装置、画像処理方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の画素と第2の画素について、現フレームの映像信号Cur_in1、Cur_in2から、それ以前の過去のフレームの映像信号Mem_in1、Mem_in2によるフレーム画像を減算し差分信号Δ1、Δ2を求める。そして、差分信号Δ1から差分信号Δ2を減算して差分信号Δ12を求め、この差分信号Δ12に巡回係数Kを乗算し、これを、第1の画素の現フレームの映像信号Cur_in1から減算する。
【選択図】 図2
Description
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態を説明する。
図1は、撮像装置の一例としてのデジタルカメラの機能構成の一例を示すブロック図である。本実施形態においては、デジタルカメラ100は、被写体に対し、静止画および動画を撮影することのできる機能を有する。
操作部101は、ユーザがデジタルカメラ100に対して各種のコマンドを入力、設定するためのユーザーインタフェースである。例えば、操作部101は、入力デバイスとして、各種のコマンドを設定する機能を有するメカニカルなスイッチやボタンを有する。また、タッチパネル式の液晶ディスプレイ等の表示デバイスに、これらのスイッチやボタンと同様の機能を有するボタンを形成して表示させることにより操作部101を構成してもよい。操作部101は、例えば、電源のON/OFF、撮影条件の設定・変更・確認、撮影済みの画像の確認等を行う際に使用される。
本実施形態では、撮像素子103の水平ラインごとに、撮像条件の一例として、シャッタースピード(露出時間)およびISO感度ゲイン調整量(画素信号に対するゲインの設定)を変えられる積層型CMOSセンサの機能を用いる。このように本実施形態では、水平ラインの方向が第1の方向になる。
フォーマット変換部111は、画像処理部105から出力されたデジタル画像データに対し、例えばDCF(Design rule for Camera File System)に準拠した記録用のデータファイルを生成する。フォーマット変換部111は、データファイル生成の過程で、JPEG形式やMotion JPEG形式への符号化や、ファイルヘッダの生成等を行う。
外部接続部113は、デジタルカメラ100をPC(パーソナルコンピュータ)やプリンタといった外部装置に接続するためのインターフェースである。外部接続部113は、例えば、USB(Universal Serial Bus)やIEEE1394等の一般的な規格に準拠して外部装置との通信を行って画像データ等の授受を行い、各外部機器の機能を活用する。
ユーザが操作部101の一つである電源スイッチ(不図示)をONにすると、システム制御部102はこれを検知し、デジタルカメラ100の各構成部に対し、電池やAC入力(不図示)により電源を供給する。
本実施形態のデジタルカメラ100は、電源が供給されるとEVF(Electronic View Finder)による表示動作を開始する。まず、電源が供給されると、露出機構108aに設けられたメカニカルシャッターが開き、撮像素子103が露光される。撮像素子103の各画素で蓄積した電荷を、予め定められたフレームレートで順次読み出し、A/D変換部104にアナログ画像データとして出力する。以上のように本実施形態では、撮像素子103の各画素で蓄積した電荷を、予め定められたフレームレートで順次読み出す、いわゆる電子シャッターを用いて連続して被写体を撮像することにより、EVFによる表示用の画像を取得する。
撮像素子103では、露光量によって、アナログ電気信号の出力信号レベルが変化する。明るい被写体では露光量が増加するため、アナログ電気信号の出力信号レベルも大きいものとなる。一方、暗い被写体では露光量が減少するため、アナログ電気信号の出力信号レベルも小さいものとなる。以上のようなレベル変動が生じるアナログ電気信号をA/D変換部104に入力し、A/D変換部104でゲイン調整をせずに出力した場合、出力されたデジタル電気信号もレベル変動が生じる。
前述したように、以上のようなA/D変換部104のゲインの設定に関係するISO感度は、ユーザが設定した固定のISO感度であってもよいし、システム制御部102がAE処理の結果に基づいて動的に設定したISO感度であってもよい。
システム制御部102は、操作部101から、シャッタースイッチが第1のシャッタースイッチSW1として機能していることの通知(半押しの通知)を受けない限り、前述のEVFによる表示処理の実行を繰り返す。
図2は、画像処理部105におけるNR処理部200の構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態では、図3(a)に示す1つのR画素、1つのB画素、および2つのG画素から成る合計4つの画素を前述の1画素の単位とする。ここで、R画素は赤色フィルタを配した画素であり、B画素は青色フィルタを配した画素、G画素は緑色フィルタを配した画素である。
第1の画素に対する露出時間およびゲインを、それぞれEt1、G1とし、第2の画素に対する露出時間およびゲインを、それぞれEt2、G2とすると、本実施形態では、以下の(1)式および(2)式の関係を有する。
Et1<Et2≦(動画1フレームの生成に要する時間) ・・・(1)
G1>G2 ・・・(2)
また、前述の露出時間Et1、Et2およびゲインG1、G2は、第1の画素および第2の画素が同一の光量Y(=Y0)の光を受光した時に、以下の(3)式の関係となるように決められる。
Et1×G1×Y0=Et2×G2×Y0 ・・・(3)
図4、図5は、現フレームの映像信号Cur_in1と、それ以前の過去のフレームの映像信号Mem_in1との間で、被写体画像のエッジ部が動いた場合の、それらの映像信号Cur_in1、Mem_in1と差分信号の一例を概念的に示す図である。図4は、第1の画素から出力される映像信号を示し、図5は、第2の画素から出力される映像信号を示す。
一方で、第1の画素に垂直方向で隣接する第2の画素の現フレームの映像信号Cur_in2と、それ以前の過去のフレームの映像信号Mem_in2との間でも、被写体画像のエッジ部501、502が動くと、出力信号503、504にレベル変動が生じる。この場合、両映像信号Cur_in2、Mem_in2の差分信号Δ2が得られる。
尚、第1の画素の現フレームの映像信号Cur_in1と同様に、第2の画素の第2の画素の現フレームの映像信号Cur_in2に関しても、次フレーム以降の過去のフレームの映像信号Mem_in2として用いる。
現フレームの映像信号Cur_in1の直前のフレームの映像信号または現フレームの映像信号Cur_in1に対し、別のNR処理を実施した映像信号を、過去のフレームの映像信号Mem_in1として用いることができる。
前記別のNR処理として、例えば、静止画用に設けられた、着目画素の周辺画素の画素値を用いて着目画素に対してフィルタ処理を行うことができる。また、現フレームの映像信号Cur_in1よりもゲインが低くなるように、低いISO感度を設定し、ノイズ量の少ない映像信号Cur_in2を過去のフレームの映像信号Mem_in1に用いてもよい。
次に、第2の実施形態を説明する。第1の実施形態では、第1の画素に対し垂直方向の一の方向で隣接する第2の画素の映像信号を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、第1の画素に対し垂直方向の一の方向で隣接する第2の画素の映像信号および他の方向で隣接する第3の画素の映像信号の何れかを用いるのかを選択する。このように本実施形態と第1の実施形態は、第3の画素の映像信号を用いることによる構成および処理が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1〜図5に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図2と図6とを比較すると明らかなように、本実施形態のNR処理部600は、第1の実施形態のNR処理部200に対し、減算器601、602と比較器603を追加した構成を有する。
まず、第1の画素について、現フレームの映像信号Cur_in1から、それ以前の過去のフレームの映像信号Mem_in1を減算器201により減算して、差分信号Δ1を求める。また、第2の画素について、現フレームの映像信号Cur_in2から、それ以前の過去のフレームの映像信号Mem_in2を減算器203により減算して、差分信号Δ2を求める。
そして、差分信号Δ1から差分信号Δ2を減算器204により減算して、差分信号Δ12を求める。
以上のことは第1の実施形態と同じである。
以上のようにすることにより、第1の実施形態で説明した効果に加え、前述の被写体画像のエッジ部等における不適切なNR処理の実行による解像感の劣化等の画質の低下を防ぐことができ、より的確なNR処理を実施することができる。
次に、第3の実施形態を説明する。第1、第2の実施形態では、第1の画素と、第2、第3の画素のそれぞれについて、現フレームの映像信号からそれ以前の過去のフレームの映像信号を減算した差分信号Δ1、Δ2、Δ3を導出した。そして、第1の画素についての差分信号Δ1から、第2、第3の画像についての差分信号Δ2、Δ3を減算することにより、第1の画像のノイズと動きとを分別する。
NR処理部800は、第1のNR処理部810と第2のNR処理部820とを有する。第1のNR処理部810は、NR処理部800に入力した映像信号に対し第1のNR処理(巡回型のNR処理)を行う。第2のNR処理部820は、第1のNR処理が行われた映像信号を用いて第2のNR処理を行う。
図8において、現フレームの映像信号Cur_in1およびそれ以前の過去のフレームの映像信号Mem_in1は、所定の水平ライン上の同一の1画素(第1の画素)からの出力である。現フレームの映像信号Cur_in2は、前記第1の画素に垂直方向で隣接する画素(第2の画素)からの出力である。
第1の画素に対する露出時間およびゲインを、それぞれEt1、G1とし、第2の画素に対する露出時間およびゲインを、それぞれEt2、G2とすると、本実施形態では、以下の(4)式および(5)式の関係を有する。
(動画1フレームの生成に要する時間)≧Et1>Et2 ・・・(5)
G1<G2 ・・・(6)
また、前述の露出時間Et1、Et2およびゲインG1、G2は、第1の画素および第2の画素が同一の光量Y(=Y0)の光を受光した時に、以下の(7)式の関係となるように決められる。
Et1×G1×Y0=Et2×G2×Y0 ・・・(7)
尚、(7)式は、第1の実施形態で示した(3)式と同じである。
Cur_in1=Et1×G1×Y' ・・・(8)
Cur_in2=Et2×G2×Y' ・・・(9)
∴ |Cur_in1−Cur_in2|=0 ・・・(10)
図9において、被写体が静止している場合、第1の画素901と第2の画素902は、被写体画像のエッジを跨いでおらず、被写体画像内の画素となる。
|Cur_in1−Cur_in2|>0 ・・・(11)
図9において、被写体が動いている場合、第1の画素901は、被写体画像のエッジを跨いでおらず、被写体画像内の画素となる。一方、第2の画素902は、被写体画像のエッジを含む画素となる。
尚、図9において、xは、水平方向の座標(位置)を示す。
|Cur_in1−Cur_in2|≦ΔLのとき→被写体は静止している状態 ・・・(12)
|Cur_in1−Cur_in2|>ΔLのとき→被写体は動いている状態 ・・・(13)
第2のNR処理としては、例えば、着目画素の周辺画素の画素値を用いて着目画素に対してフィルタ処理が挙げられる。
本実施形態では、前述した2種類のNR処理(第1のNR処理および第2のNR処理)を実行する。従って、NR処理の設定パラメータとして、第1のNR処理用のパラメータと第2のNR処理用のパラメータの大きく2種類のパラメータを有する。これらのパラメータは、例えば、デジタルカメラ100内のROMもしくはRAMに格納される。
図10において、縦軸のNRは、NRの効果の度合いを示す。このNRが+方向(図の矢印の方向)の値であるほどNRの効果の高いパラメータであることを表す。また、横軸は、第1の画素のISO感度を示す。このISO感度が+方向(図の矢印の方向)の値であるほどISO感度として大きな感度が設定されていることを表す。
ノイズ評価用の動画を撮影し、NR処理直前のデジタル画像データを用いて、第1のNR処理のみを行った場合の画像データと、第2のNR処理のみを行った場合の画像データとを取得する。これらの2種類の画像データに基づいて、それぞれのNR処理におけるノイズの評価を行う。このノイズの評価値の大小により、2種類のNR処理におけるNRの効果の大小関係が求まる。
次に、第4の実施形態を説明する。
本実施形態では、第1のNR処理における第1の画素、第2の画素の露出時間Et1、Et2およびゲインを、それぞれ以下の(14)式、(15)式のようにする。
Et1<Et2<(動画1フレームの生成に要する時間) ・・・(14)
G1>G2 ・・・(15)
これ以外については、第3の実施形態と同じである。
以上の設定によるNR処理を実施することにより、動画1フレームの生成に要する時間を下回る時間Et2で、動きの有無の検出に用いる第1の画素および第2の画素の出力を得ることがきる。
本実施形態では、動きの有無の検出に用いる第1の画素および第2の画素の出力を取得してから、フレームレートで設定される次のフレームのタイミングまでの時間で、動きの有無の判定と、動きの有無の判定に基づく巡回型のNR処理を実行できる。
このため、現フレームに対するNR処理に対し、現フレームによる動きの有無の判定結果に基づいたNR処理のパラメータを設定することができる。よって、即効的に、且つ、高精度に、パフォーマンスよくNR処理を実現することができる。
次に、第5の実施形態を説明する。第3、第4の実施形態では、第1の画素に対し垂直方向の一の方向で隣接する第2の画素の映像信号を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、第1の画素に対し垂直方向の一の方向で隣接する第2の画素の映像信号および他の方向で隣接する第3の画素の映像信号の何れかを用いるのかを選択する。このように本実施形態と第3、4の実施形態は、第3の画素の映像信号を用いることによる構成および処理が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1〜第4の実施形態と同一の部分については、図1〜図10に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図8と図11とを比較すると明らかなように、本実施形態のNR処理部1100は、第3、第4の実施形態のNR処理部800に対し、第1のNR処理部1110において、減算器1111と比較器1112とを追加した構成を有する。
図11において、現フレームの映像信号Cur_in1およびそれ以前の過去のフレームの映像信号Mem_in1は、所定の水平ライン上の同一の1画素(第1の画素)からの出力である。また、現フレームの映像信号Cur_in2は、前記第1の画素に垂直方向の一の方向で隣接する1画素(第2の画素)からの出力である。これらは、第3、第4の実施形態と同じである。
現フレームの映像信号Cur_in2とCur_in3は、積層型のCMOSセンサの機能により、同一のシャッタースピード(露出時間)および同一のISO感度ゲイン調整量で得られる映像信号である。すなわち、第1の画素に対する露出時間およびゲインとして、それぞれ、(5)式、(6)式または(14)式、(15)式に示すEt1、G1が設定される。一方、第2の画素および第3の画素に対する露出時間およびゲインとして、いずれも、(5)式、(6)式または(14)式、(15)式に示すEt2、G2が設定される。
現フレームの第1の画素の映像信号Cur_in1から、現フレームの第2の画素の映像信号Cur_in2を減算器811により減算して、現フレームの第1、第2の画素の映像信号の差分信号を導出する。また、現フレームの第1の画素の映像信号Cur_in1から、現フレームの第3の画素の映像信号Cur_in3を減算器1111により減算して、現フレームの第1、第3の画素の映像信号の差分信号を導出する。本実施形態では、このようにして第10の差分信号を導出する第10の差分信号導出処理が実現される。
第1〜第3の画素における被写体からの反射光の受光量が同一であれば、|Δ12|≒|Δ13|であり、いずれの差分を用いても、動きの検出結果は同じであり、どちらの検出結果を用いて動きの有無を判定しても適切なNR処理を実行できる。
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、まず、以上の実施形態の機能を実現するソフトウェア(コンピュータプログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給する。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)が当該コンピュータプログラムを読み出して実行する。
Claims (16)
- 画像の第1の方向ごとに撮像条件の設定が可能な撮像手段により撮像された画像を処理する画像処理装置であって、
前記撮像手段により撮像された現在のフレームの画像の第1の画素の画素信号および第2の画素の画素信号を用いて、前記第1の画素のノイズを低減する処理と、前記画像における被写体の動きを検出する処理との少なくとも何れか一方を行う処理手段を有し、
前記第1の画素と前記第2の画素は、前記第1の方向と垂直な方向における位置が相互に異なる画素であり、
前記第1の画素の画素信号と、前記第2の画素の画素信号は、異なる撮像条件で得られた画素信号であることを特徴とする画像処理装置。 - 前記処理手段は、前記撮像手段により撮像された現在のフレームの画像の第1の画素の画素信号と、前記現在のフレームよりも過去のフレームの画像の前記第1の画素の画素信号との差分信号である第1の差分信号を導出する第1の差分信号導出手段と、
前記現在のフレームの画像の前記第2の画素の画素信号と、前記過去のフレームの画像の前記第2の画素の画素信号との差分信号である第2の差分信号を導出する第2の差分信号導出手段と、
前記第1の差分信号と前記第2の差分信号との差分信号である第3の差分信号を導出する第3の差分信号導出手段と、
前記第3の差分信号と巡回係数とに基づいて、前記第1の画素の画像信号との差分をとる信号を導出する第1の信号導出手段と、
前記現在のフレームの画像の第1の画素の画素信号と、前記第1の信号導出手段により導出された前記信号との差分信号である第4の差分信号を導出する第4の差分信号導出手段と、を更に有することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記過去のフレームの画像の前記第1の画素の画素信号は、前記現在のフレームの画像の前記第1の画素の画素信号よりもノイズが少ない画素信号であることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記第1の差分信号導出手段は、前記現在のフレームの画像として最初のフレームの画像の前記第1の画素の画素信号について前記第1の差分信号を導出する際には、前記過去のフレームの画像の前記第1の画素の画素信号の代わりに、前記現在のフレームの画像の前記第2の画素の信号、または、前記第4の差分信号を導出することにより前記第1の画素の画素信号のノイズを低減するのとは別の手段によりノイズが低減された、前記現在のフレームの画像の前記第1の画素の信号とは異なる信号を用いることを特徴とする請求項2または3に記載の画像処理装置。
- 前記第1の差分信号導出手段は、前記過去のフレームの画像の前記第1の画素の画素信号として、前記第4の差分信号を導出することにより前記第1の画素の画素信号のノイズを低減するのとは別の手段によりノイズが低減された、前記過去のフレームの画像の前記第1の画素の画素信号を用いることを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の画像処理装置。
- 前記処理手段は、前記現在のフレームの画像の画素信号であって、前記第1の方向と垂直な方向における位置が前記第1の画素および前記第2の画素と異なる第3の画素の画素信号と、前記過去のフレームの画像の前記第3の画素の画素信号との差分信号である第5の差分信号を導出する第5の差分信号導出手段と、
前記第1の差分信号と前記第5の差分信号との差分信号である第6の差分信号を導出する第6の差分信号導出手段と、
前記第4の差分信号と前記第6の差分信号のレベルに応じて、前記第4の差分信号と前記第6の差分信号の何れか1つを選択する第1の選択手段と、を更に有し、
前記第1の信号導出手段は、前記第1の選択手段により選択された前記第4の差分信号または前記第6の差分信号と巡回係数とに基づいて、前記第1の画素の画像信号との差分をとる信号を導出することを特徴とする請求項2〜5の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記撮像条件は、露出時間と、前記画素信号に対するゲインとを含むことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の画像処理装置。
- 前記処理手段は、前記現在のフレームの画像の第1の画素の画素信号と、前記現在のフレームの画像の前記第2の画素の画素信号との差分信号である第7の差分信号を導出する第7の差分信号導出手段と、
前記第7の差分信号のレベルに基づいて、前記画像における被写体の動きを検出する検出手段と、を更に有することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記処理手段は、前記検出手段による前記検出の結果に基づいて巡回係数を設定する設定手段と、
前記現在のフレームの画像の第1の画素の画素信号と、前記現在のフレームよりも過去のフレームの画像の前記第1の画素との差分信号である第8の差分信号を導出する第8の差分信号導出手段と、
前記第8の差分信号と前記設定手段により設定された巡回係数とに基づいて、前記第1の画素の画像信号との差分をとる信号を導出する第2の信号導出手段と、
前記現在のフレームの画像の第1の画素の画素信号と、前記第2の信号導出手段により導出された前記信号との差分信号である第9の差分信号を導出する第9の差分信号導出手段と、を更に有することを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。 - 前記検出手段により、前記第9の差分信号導出手段により導出された前記第9の差分信号に対し、着目画素の周辺画素の画素値を用いて着目画素に対してフィルタ処理を行うフィルタ処理手段を更に有し、
前記フィルタ処理手段は、前記画像における被写体が静止している場合よりも、前記画像における被写体が動いている場合の方が、よりノイズが低減されるように前記フィルタ処理を行うことを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。 - 前記撮像条件は、露出時間と、画素信号に対するゲインとを含むことを特徴とする請求項8〜10の何れか1項に記載の画像処理装置。
- 前記第1の画素の画素信号に対する露出時間とゲインとの積は、前記第2の画素の画素信号に対する露出時間とゲインとの積と同じであり、
前記検出手段は、前記第7の差分信号のレベルの絶対値が所定の値よりも小さければ前記被写体は静止していると判定し、そうでなければ前記被写体は動いていると判定することを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。 - 前記処理手段は、前記現在のフレームの画像の第1の画素の画素信号と、前記現在のフレームの画像の画素信号であって、前記第1の方向と垂直な方向における位置が前記第1の画素および前記第2の画素と異なる第3の画素の画素信号との差分信号である第10の差分信号を導出する第10の差分信号導出手段と、
前記第7の差分信号と前記第10の差分信号のレベルに応じて、前記第7の差分信号と前記第10の差分信号の何れか1つを選択する第2の選択手段と、を更に有し、
前記検出手段は、前記第2の選択手段により選択された前記第7の差分信号または前記第10の差分信号のレベルに基づいて、前記画像における被写体の動きを検出することを特徴とする請求項8〜12の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記第1の画素の画素信号に対する露出時間とゲインとの積は、前記第2の画素の画素信号に対する露出時間とゲインとの積と、前記第3の画素の画素信号に対する露出時間とゲインとの積とのいずれとも同じであり、
前記検出手段は、前記第2の選択手段により選択された前記第7の差分信号または前記第10の差分信号のレベルの絶対値が所定の値よりも小さければ前記被写体は静止していると判定し、そうでなければ前記被写体は動いていると判定することを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。 - 画像の第1の方向ごとに撮像条件の設定が可能な撮像手段により撮像された画像を処理する画像処理方法であって、
前記撮像手段により撮像された現在のフレームの画像の第1の画素の画素信号および第2の画素の画素信号を用いて、前記第1の画素のノイズを低減する処理と、前記画像における被写体の動きを検出する処理との少なくとも何れか一方を行う処理工程を有し、
前記第1の画素と前記第2の画素は、前記第1の方向と垂直な方向における位置が相互に異なる画素であり、
前記第1の画素の画素信号と、前記第2の画素の画素信号は、異なる撮像条件で得られた画素信号であることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項1〜14の何れか1項に記載の画像処理装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
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