JP2018022951A - Image processing apparatus and black-and-white image processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態は、画像処理に関する。 Embodiments relate to image processing.
従来、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどの固体撮像素子は、光学絞りの調整を行わなくても被写体の明るさ(照度)に適した感度で撮像を行うことができる。このような撮像感度制御は、固体撮像素子の露光時間(すなわち、シャッタ速度)と、画素信号に適用されるゲインとを調整することにより実現可能である。ここで、ゲインとは、固体撮像素子内で適用されるアナログゲインに加えてISP(Image Signal Processor)内で適用されるデジタルゲインを含む。 Conventionally, for example, a solid-state imaging device such as a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor can perform imaging with sensitivity suitable for the brightness (illuminance) of a subject without adjusting an optical aperture. Such imaging sensitivity control can be realized by adjusting the exposure time (that is, the shutter speed) of the solid-state imaging device and the gain applied to the pixel signal. Here, the gain includes a digital gain applied in an ISP (Image Signal Processor) in addition to an analog gain applied in the solid-state imaging device.
しかしながら、デジタルゲインの調整は、デジタルの画素信号に1よりも大きなデジタル値(ゲイン)を乗算することを意味しており、量子化ノイズを増幅して画質を劣化させる。このデジタルゲインは目標の撮像感度に比例して増加させる必要があるので、高感度化を目指すほど例えばSNR(Signal to Noise Ratio)などの画質も大きく劣化することになる。 However, the adjustment of the digital gain means that the digital pixel signal is multiplied by a digital value (gain) larger than 1, and the quantization noise is amplified to deteriorate the image quality. Since the digital gain needs to be increased in proportion to the target imaging sensitivity, the image quality such as SNR (Signal to Noise Ratio) is greatly deteriorated as the sensitivity is increased.
撮像感度の制御は、いわゆるHDR(High Dynamic Range)撮影技術においても活用されている。例えば、HDR合成(多重露光方式HDR撮像とも呼ばれる)とは、複数の異なる露光時間を用いて撮像を行い、撮像画像の感度を合せてから合成することにより撮影1画面内のダイナミックレンジを拡大する技術である。また、高感度化(すなわち、入力飽和レベル設定の拡大)によりダイナミックレンジを拡大する方式(単一露光方式HDR撮像とも呼ばれる)も知られている。これらのHDR撮像技術によれば、輝度差の大きな画像を適切に表現することが可能となる。例えば、暗環境で撮像された被写体の白飛びを少なくしたり、明環境で撮像された被写体の黒つぶれを少なくしたりすることができる。 Control of imaging sensitivity is also utilized in so-called HDR (High Dynamic Range) imaging technology. For example, HDR composition (also referred to as multiple exposure HDR imaging) is to perform imaging using a plurality of different exposure times, and expand the dynamic range within one screen by combining after combining the sensitivity of the captured image. Technology. Also known is a system (also called single exposure system HDR imaging) that expands the dynamic range by increasing sensitivity (that is, increasing the input saturation level setting). According to these HDR imaging technologies, it is possible to appropriately represent an image with a large luminance difference. For example, it is possible to reduce overexposure of a subject imaged in a dark environment, or to reduce blackout of a subject imaged in a bright environment.
多重露光方式では、合成される画像の感度を合わせる(換言すれば、短時間露光チャンネルを高感度化する)ためにデジタルゲインの調整が行われる。単一露光方式でも、高感度化のためにデジタルゲインの調整が行われる。前述のようにこれらのデジタルゲインの調整は、量子化ノイズを増幅して画質を劣化させる。結果的に、ダイナミックレンジの拡大を目指すほど例えばSNRなどの画質も大きく劣化することになる。 In the multiple exposure method, the digital gain is adjusted in order to match the sensitivity of the synthesized image (in other words, to increase the sensitivity of the short-time exposure channel). Even in the single exposure method, the digital gain is adjusted for high sensitivity. As described above, these digital gain adjustments amplify quantization noise and degrade image quality. As a result, the image quality such as SNR is greatly deteriorated as the dynamic range is expanded.
実施形態は、高感度化またはダイナミックレンジの拡大に伴う画質の劣化を抑制することを目的とする。 An object of the embodiment is to suppress deterioration in image quality accompanying an increase in sensitivity or an expansion of a dynamic range.
実施形態によれば、画像処理装置は、第1のリニア/ノンリニア変換回路と、ノンリニアデジタルゲイン回路と、ノンリニア/リニア変換回路と、第2のリニア/ノンリニア変換回路とを含む。第1のリニア/ノンリニア変換回路は、第1のリニアRAW信号に基づく第2のリニアRAW信号に対して入出力1:1の第1のリニア/ノンリニア変換を適用し、当該第2のリニアRAW信号よりもビット数の多い第1のノンリニアRAW信号を生成する。ノンリニアデジタルゲイン回路は、第1のノンリニアRAW信号に基づく第2のノンリニアRAW信号に×0倍よりも大きなデジタルゲインを乗算し、第3のノンリニアRAW信号を得る。ノンリニア/リニア変換回路は、第3のノンリニアRAW信号に基づく第1のノンリニア輝度信号またはノンリニアRGB信号に対して第1のリニア/ノンリニア変換の逆変換に相当するノンリニア/リニア変換を適用し、第1のリニア輝度信号またはリニアRGB信号を生成する。第2のリニア/ノンリニア変換回路は、第1のリニア輝度信号またはリニアRGB信号に基づく第2のリニア輝度信号またはリニアRGB信号に対して第2のリニア/ノンリニア変換を適用し、第2のノンリニア輝度信号またはノンリニアRGB信号を生成する。 According to the embodiment, the image processing apparatus includes a first linear / non-linear conversion circuit, a non-linear digital gain circuit, a non-linear / linear conversion circuit, and a second linear / non-linear conversion circuit. The first linear / nonlinear conversion circuit applies a first linear / nonlinear conversion of input / output 1: 1 to the second linear RAW signal based on the first linear RAW signal, and the second linear RAW A first non-linear RAW signal having more bits than the signal is generated. The non-linear digital gain circuit multiplies the second non-linear RAW signal based on the first non-linear RAW signal by a digital gain larger than x0 times to obtain a third non-linear RAW signal. The non-linear / linear conversion circuit applies non-linear / linear conversion corresponding to inverse conversion of the first linear / non-linear conversion to the first non-linear luminance signal or non-linear RGB signal based on the third non-linear RAW signal. 1 linear luminance signal or linear RGB signal is generated. The second linear / non-linear conversion circuit applies the second linear / non-linear conversion to the second linear luminance signal or the linear RGB signal based on the first linear luminance signal or the linear RGB signal, and the second non-linear conversion circuit is applied. A luminance signal or a non-linear RGB signal is generated.
別の実施形態によれば、白黒画像処理装置は、リニア/ノンリニア変換回路と、ノンリニアデジタルゲイン回路と、ノンリニア/ノンリニア変換回路とを含む。リニア/ノンリニア変換回路は、第1のリニアRAW信号に基づく第2のリニアRAW信号に対して入出力1:1のリニア/ノンリニア変換を適用し、当該第2のリニアRAW信号よりもビット数の多い第1のノンリニアRAW信号を生成する。ノンリニアデジタルゲイン回路は、第1のノンリニアRAW信号に基づく第2のノンリニアRAW信号に×0倍よりも大きなデジタルゲインを乗算し、第3のノンリニアRAW信号を得る。ノンリニア/ノンリニア変換回路は、第3のノンリニアRAW信号に基づく第1のノンリニア輝度信号に対してノンリニア/ノンリニア変換を適用し、第2のノンリニア輝度信号を生成する。 According to another embodiment, a black and white image processing apparatus includes a linear / nonlinear conversion circuit, a non-linear digital gain circuit, and a non-linear / nonlinear conversion circuit. The linear / non-linear conversion circuit applies linear / non-linear conversion of input / output 1: 1 to the second linear RAW signal based on the first linear RAW signal, and has a bit number larger than that of the second linear RAW signal. A large number of first nonlinear RAW signals are generated. The non-linear digital gain circuit multiplies the second non-linear RAW signal based on the first non-linear RAW signal by a digital gain larger than x0 times to obtain a third non-linear RAW signal. The non-linear / non-linear conversion circuit applies non-linear / non-linear conversion to the first non-linear luminance signal based on the third non-linear RAW signal to generate a second non-linear luminance signal.
以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the same or similar elements as those already described are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is basically omitted.
図1に例示されるように、第1の実施形態乃至第3の実施形態に係る撮像/画像処理装置は、カメラモジュール10と、ISPコア20とを含む。ISPコア20は、さらに、ISP前処理部21およびISP後処理部22へと分割されている。ISPコア20を単独で画像処理装置と呼ぶこともできる。 As illustrated in FIG. 1, the imaging / image processing apparatus according to the first to third embodiments includes a camera module 10 and an ISP core 20. The ISP core 20 is further divided into an ISP pre-processing unit 21 and an ISP post-processing unit 22. The ISP core 20 can also be called an image processing apparatus alone.
なお、図1の機能分割は例示に過ぎない。例えば、ISP前処理部21は、カメラモジュール10に組み込まれていてもよい。さらに、ISP後処理部22は、画像処理チップまたは画像認識チップなどのISP前処理部21とは異なるチップに組み込まれていてもよい。 Note that the functional division in FIG. 1 is merely an example. For example, the ISP preprocessing unit 21 may be incorporated in the camera module 10. Further, the ISP post-processing unit 22 may be incorporated in a chip different from the ISP pre-processing unit 21 such as an image processing chip or an image recognition chip.
カメラモジュール10は、撮像を行ってリニアRAW信号を生成し、ISP前処理部21へと出力する。カメラモジュール10は、CMOSセンサであってもよい。ISP前処理部21は、リニアRAW信号に対して後述されるγ補正を適用し、デジタルゲインの乗算によりダイナミックレンジを拡大(高感度化)してからHDR圧縮またはクリップ(以降、単に圧縮とも称される)を施す。ISP前処理部21は、圧縮済みのノンリニアRAW信号をISP後処理部22へと出力する。 The camera module 10 captures an image, generates a linear RAW signal, and outputs the linear RAW signal to the ISP preprocessing unit 21. The camera module 10 may be a CMOS sensor. The ISP preprocessing unit 21 applies γ correction, which will be described later, to the linear RAW signal, expands the dynamic range by multiplying the digital gain (enhances sensitivity), and then performs HDR compression or clipping (hereinafter also simply referred to as compression). To be applied). The ISP preprocessing unit 21 outputs the compressed non-linear RAW signal to the ISP postprocessing unit 22.
ISP後処理部22は、ISP前処理部21からのノンリニアRAW信号に対して輪郭の抽出・補正、ブライトネス/コントラスト調整などの種々の画像処理を施す。さらに、ISP後処理部22は、上記γ補正の逆変換に相当する逆γ補正を適用し、必要に応じて色補正などの画像処理を施してから、本(再)γ補正を適用する。ISP後処理部22は、処理済みの信号を図示されない後段の装置(例えば、表示装置、通信装置、記録装置など)へと出力する。 The ISP post-processing unit 22 performs various image processing such as contour extraction / correction and brightness / contrast adjustment on the nonlinear RAW signal from the ISP pre-processing unit 21. Further, the ISP post-processing unit 22 applies inverse γ correction corresponding to the inverse conversion of the γ correction, performs image processing such as color correction as necessary, and then applies the (re) γ correction. The ISP post-processing unit 22 outputs the processed signal to a subsequent device (for example, a display device, a communication device, a recording device, etc.) not shown.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係るカラー撮像/画像処理装置は、単一露光方式のHDR撮像をサポートする。この撮像/画像処理装置のカメラモジュール100、ISP前処理部110およびISP後処理部120がそれぞれ図2、図3および図4に例示される。
(First embodiment)
The color imaging / image processing apparatus according to the first embodiment supports single-exposure type HDR imaging. The camera module 100, the ISP pre-processing unit 110, and the ISP post-processing unit 120 of this imaging / image processing apparatus are illustrated in FIGS. 2, 3, and 4, respectively.
図2のカメラモジュール100は、光学レンズ101と、色フィルタ102と、受光画素103と、ADC(Analog to Digital Converter)104と、ロジック信号処理部105とを含む。 The camera module 100 in FIG. 2 includes an optical lens 101, a color filter 102, a light receiving pixel 103, an ADC (Analog to Digital Converter) 104, and a logic signal processing unit 105.
なお、ロジック信号処理部105は、光学レンズ101、色フィルタ102、受光画素103およびADC104と同一のチップに組み込まれていてもよいし、異なるチップに組み込まれていてもよい。また、ロジック信号処理部105は、ISP前処理部110に組み込まれていても良い。 The logic signal processing unit 105 may be incorporated in the same chip as the optical lens 101, the color filter 102, the light receiving pixel 103, and the ADC 104, or may be incorporated in a different chip. The logic signal processing unit 105 may be incorporated in the ISP preprocessing unit 110.
光学レンズ101は、外界からの入射光を、色フィルタ102を介して受光画素103に集光する。受光画素103は、光学レンズ101を通過した入射光をその光量に応じた信号レベルを持つ電気信号へと(光電)変換する。受光画素103は、電子シャッタ機能を備えており、設定されたシャッタ速度によって決まる期間(露光時間)に亘って電荷を蓄積する。受光画素103は、生成した電気信号をADC104へと出力する。 The optical lens 101 condenses incident light from the outside on the light receiving pixel 103 via the color filter 102. The light receiving pixel 103 converts (photoelectric) the incident light that has passed through the optical lens 101 into an electric signal having a signal level corresponding to the amount of light. The light receiving pixel 103 has an electronic shutter function, and accumulates electric charge over a period (exposure time) determined by a set shutter speed. The light receiving pixel 103 outputs the generated electric signal to the ADC 104.
ADC104は、受光画素103から電気信号を受け取り、当該電気信号をアナログ/デジタル変換することによって、デジタルのリニアRAW信号を生成する。ADC104は、リニアRAW信号をロジック信号処理部105へと出力する。 The ADC 104 receives an electrical signal from the light receiving pixel 103 and performs analog / digital conversion on the electrical signal to generate a digital linear RAW signal. The ADC 104 outputs a linear RAW signal to the logic signal processing unit 105.
リニアRAW信号の値は、対応する受光画素103における入射光の光量に依存する。リニアRAW信号は、例えば原色ベイヤー配列(R−Gr−Gb−B)のRG/GBライン順次信号となる。なお、リニアRAW信号の画素配列は、色フィルタ102の色配列に依存して定められる。色フィルタ102は、例えば、白(WhまたはY)、黄(Ye)、シアン(Cy)、マゼンダ(Mg)などの赤(R)、緑(G)および青(B)以外の色を含んだ色配列(例えば、補色系の配列)を持つこともできる。RAW信号の画素配列は、後述されるISP前処理部110によって行われる一連の画像処理(ISP前処理)の過程では不変である。 The value of the linear RAW signal depends on the amount of incident light in the corresponding light receiving pixel 103. The linear RAW signal is, for example, an RG / GB line sequential signal in a primary color Bayer array (R-Gr-Gb-B). Note that the pixel array of the linear RAW signal is determined depending on the color array of the color filter 102. The color filter 102 includes colors other than red (R), green (G), and blue (B) such as white (Wh or Y), yellow (Ye), cyan (Cy), and magenta (Mg). It is also possible to have a color array (for example, a complementary color system array). The pixel array of the RAW signal is unchanged during a series of image processing (ISP preprocessing) performed by the ISP preprocessing unit 110 described later.
ロジック信号処理部105は、ADC104からリニアRAW信号を受け取り、例えば高温時の温度補償、光学シェーディング補正、スタティック型キズ補正などの種々の信号処理を施す。スタティック型キズ補正とは、カメラモジュール100の出荷時点で既知の欠陥画素を座標指定(保持)して補正する技術であり、手動キズ補正とも呼ばれる。なお、ロジック信号処理部105は、一般的に、リニアRAW信号に対してリニア領域のままで信号処理を施す。ロジック信号処理部105は、処理済みのリニアRAW信号をISP前処理部110へと出力する。このリニアRAW信号は、例えば10ビット〜16ビット信号であるが、以降の説明では12ビット信号と仮定される。 The logic signal processing unit 105 receives the linear RAW signal from the ADC 104 and performs various signal processing such as temperature compensation at high temperature, optical shading correction, and static flaw correction. The static type defect correction is a technique for correcting coordinates by specifying (holding) known defective pixels at the time of shipment of the camera module 100, and is also referred to as manual defect correction. Note that the logic signal processing unit 105 generally performs signal processing on the linear RAW signal in the linear region. The logic signal processing unit 105 outputs the processed linear RAW signal to the ISP preprocessing unit 110. The linear RAW signal is a 10-bit to 16-bit signal, for example, but is assumed to be a 12-bit signal in the following description.
図3のISP前処理部110は、黒レベル調整回路111と、リニアデジタルゲイン回路112と、プリγ補正回路113と、キズ補正/ノイズ低減処理回路114と、ノンリニアデジタルゲイン回路115と、HDR圧縮回路116と、入力テスト画像発生回路117と、自動露光制御回路118とを含む。 3 includes a black level adjustment circuit 111, a linear digital gain circuit 112, a pre-γ correction circuit 113, a flaw correction / noise reduction processing circuit 114, a non-linear digital gain circuit 115, and HDR compression. A circuit 116, an input test image generation circuit 117, and an automatic exposure control circuit 118 are included.
黒レベル調整回路111は、カメラモジュール100からリニアRAW信号を受け取り、黒レベル調整(OB(Optical Black)クランプ)を施す。黒レベル調整回路111は、黒レベル調整済みのリニアRAW信号をリニアデジタルゲイン回路112へと出力する。 The black level adjustment circuit 111 receives a linear RAW signal from the camera module 100 and performs black level adjustment (OB (Optical Black) clamp). The black level adjustment circuit 111 outputs the linear RAW signal whose black level has been adjusted to the linear digital gain circuit 112.
リニアデジタルゲイン回路112は、黒レベル調整回路111からリニアRAW信号(第1のリニアRAW信号)を受け取る。リニアデジタルゲイン回路112は、リニアRAW信号にリニアデジタルゲインを乗算する。リニアデジタルゲイン回路112は、ゲイン補正済みのリニアRAW信号をプリγ補正回路113へと出力する。なお、第1のリニアRAW信号という名称は、例えば、カメラモジュール100またはADC104から出力されるリニアRAW信号を指すために用いることもできる。 The linear digital gain circuit 112 receives a linear RAW signal (first linear RAW signal) from the black level adjustment circuit 111. The linear digital gain circuit 112 multiplies the linear RAW signal by the linear digital gain. The linear digital gain circuit 112 outputs the gain-corrected linear RAW signal to the pre-γ correction circuit 113. Note that the name of the first linear RAW signal can also be used to indicate a linear RAW signal output from the camera module 100 or the ADC 104, for example.
このリニアデジタルゲインは、図1の撮像装置全体の撮像感度設定に加えて、色調を補正(典型的には、ホワイトバランスを調整)するための色毎に設定される第1のゲイン、ならびに、シェーディング補正のために画面内位置に応じて設定される第2のゲイン、のうち少なくとも1つに依存して定められてもよい。 This linear digital gain includes a first gain set for each color for correcting the color tone (typically adjusting the white balance) in addition to the imaging sensitivity setting of the entire imaging apparatus in FIG. It may be determined depending on at least one of the second gains set according to the position in the screen for shading correction.
プリγ補正回路113は、リニアデジタルゲイン回路112からリニアRAW信号(第2のリニアRAW信号)を受け取る。プリγ補正回路113は、リニアRAW信号にγ補正(第1のリニア/ノンリニア変換)を適用することによって、当該リニアRAW信号よりもビット数の多いノンリニアRAW信号(第1のノンリニアRAW信号)を生成する。プリγ補正回路113は、ノンリニアRAW信号をキズ補正/ノイズ低減処理回路114へと出力する。 The pre-γ correction circuit 113 receives the linear RAW signal (second linear RAW signal) from the linear digital gain circuit 112. The pre-γ correction circuit 113 applies γ correction (first linear / nonlinear conversion) to the linear RAW signal, thereby generating a non-linear RAW signal (first non-linear RAW signal) having a larger number of bits than the linear RAW signal. Generate. The pre-γ correction circuit 113 outputs the non-linear RAW signal to the defect correction / noise reduction processing circuit 114.
具体的には、プリγ補正回路113は、例えば下記数式(1)に示される入出力1:1(すなわち、相異なる入力に対応する出力同士に重複がない)の多ビット化γ補正をリニアRAW信号に適用することができる。 Specifically, the pre-γ correction circuit 113 linearly performs multi-bit γ correction of input / output 1: 1 (that is, there is no overlap between outputs corresponding to different inputs) shown in the following formula (1), for example. It can be applied to RAW signals.
数式(1)は、γ補正における理想特性を示し、この場合は計算上で求められる理想的なリニア/ノンリニア変換になる(小数点以下は四捨五入)。 Equation (1) shows ideal characteristics in γ correction, and in this case, ideal linear / nonlinear conversion obtained by calculation (rounded off after the decimal point).
数式(1)において、OUT(x)はADC104の入力信号レベルがx[%]の場合のノンリニアRAW信号の値を表し、IN(x)は入力信号レベルがx[%]の場合のリニアRAW信号の値を表す。IN(0)およびIN(100)は、それぞれ、入力信号レベルが0[%](黒)および100[%](白)の場合のリニアRAW信号の設定値を表す。 In Equation (1), OUT (x) represents the value of the nonlinear RAW signal when the input signal level of the ADC 104 is x [%], and IN (x) is the linear RAW when the input signal level is x [%]. Represents the value of the signal. IN (0) and IN (100) represent the set values of the linear RAW signal when the input signal level is 0 [%] (black) and 100 [%] (white), respectively.
γは、例えばISP後処理部120の後段に設けられる図示されない表示装置の入出力特性に応じて定められるγ補正係数である。しかしながら、プリγ補正回路113と逆γ補正回路125とにおいては、本γ補正回路127とは異なり、理想係数=0.45固定としても構わない。 γ is a γ correction coefficient determined according to input / output characteristics of a display device (not shown) provided at the subsequent stage of the ISP post-processing unit 120, for example. However, unlike the γ correction circuit 127, the pre-γ correction circuit 113 and the inverse γ correction circuit 125 may be fixed at ideal coefficient = 0.45.
例えばγ=0.45の場合には、入出力1:1を守ると、出力ビット数は入力ビット数よりも2ビット以上多くなる。γは0.45とは異なる値であってもよく、例えば0.5のように単純化されてもよい。 For example, in the case of γ = 0.45, if the input / output 1: 1 is maintained, the number of output bits becomes 2 bits or more larger than the number of input bits. γ may be a value different from 0.45, and may be simplified as 0.5, for example.
OUT(0)およびOUT(100)は、それぞれ、入力信号レベルが0[%](黒)および100[%](白)の場合のノンリニアRAW信号の設定値を表す。OUT(100)−OUT(0)を大きくすれば、ノンリニアRAW信号のビット数を任意に増加させることができる。ただし、γ補正は入出力1:1のリニア/ノンリニア変換であるから、ノンリニアRAW信号のビット数がリニアRAW信号に比べてどれだけ増加しようとも、ノンリニアRAW信号自体の階調数はリニアRAW信号の階調数よりも下回ることはないし超えることもない。 OUT (0) and OUT (100) represent the setting values of the nonlinear RAW signal when the input signal levels are 0 [%] (black) and 100 [%] (white), respectively. If OUT (100) −OUT (0) is increased, the number of bits of the nonlinear RAW signal can be arbitrarily increased. However, since the γ correction is a linear / nonlinear conversion of input / output 1: 1, the number of gradations of the nonlinear RAW signal itself is the linear RAW signal no matter how much the number of bits of the nonlinear RAW signal is increased compared to the linear RAW signal. It will never fall below or exceed the number of tones.
IN(0)=256、IN(100)=2816、γ=0.45、OUT(0)=15360、OUT(100)=56320の場合に、プリγ補正回路113は図5に例示されるγ補正を12ビットのリニアRAW信号に適用して16ビットのノンリニアRAW信号を生成する。 When IN (0) = 256, IN (100) = 2816, γ = 0.45, OUT (0) = 15360, OUT (100) = 56320, the pre-γ correction circuit 113 is γ illustrated in FIG. The correction is applied to the 12-bit linear RAW signal to generate a 16-bit non-linear RAW signal.
ここで、IN(0)からIN(100)までの範囲には合計で2560(=2816−256)階調が存在する。2560は、12ビットのリニアRAW信号の表現可能な階調である4096の10/16に相当する。そして、IN(0)=256=4096×1/16であって、IN(100)=2816=4096×11/16であるから、ノンリニアRAW信号の最大値である4095はIN(150)=4096と略等しい。 Here, a total of 2560 (= 2816-256) gradations exist in the range from IN (0) to IN (100). 2560 corresponds to 10/16 of 4096, which is a gradation that can be expressed by a 12-bit linear RAW signal. Since IN (0) = 256 = 4096 × 1/16 and IN (100) = 2816 = 4096 × 11/16, 4095 which is the maximum value of the nonlinear RAW signal is IN (150) = 4096. Is almost equal.
同様に、OUT(0)からOUT(100)までの範囲には合計で40960(=56320−15360)個の階調が存在する。40960は、16ビットのノンリニアRAW信号の表現可能な階調である65536の10/16に相当する。そして、OUT(0)=15360=65536×3.75/16であって、OUT(100)=65536×13.75/16であるから、ノンリニアRAW信号の最大値である65535はOUT(122.5)=65536と略等しい。但し、IN(x)が最小値(0)である場合のノンリニアRAW信号の値は827(>0)であって、IN(x)が最大値(4095)である場合のノンリニアRAW信号の値は64513(<65535)である。故に、IN(x)がどのような値であっても、OUT(x)は飽和しない。 Similarly, a total of 40960 (= 56320-15360) gradations exist in the range from OUT (0) to OUT (100). 40960 corresponds to 10/16 of 65536, which is a gray scale that can represent a 16-bit non-linear RAW signal. Since OUT (0) = 15360 = 65536 × 3.75 / 16 and OUT (100) = 65536 × 13.75 / 16, 65535 which is the maximum value of the non-linear RAW signal is OUT (122.122). 5) = approximately equal to 65536. However, the value of the nonlinear RAW signal when IN (x) is the minimum value (0) is 827 (> 0), and the value of the nonlinear RAW signal when IN (x) is the maximum value (4095) Is 64513 (<65535). Therefore, whatever value IN (x) is, OUT (x) is not saturated.
図5のγ補正によれば、リニアRAW信号には信号レベル毎に個別のゲインが与えられる。そして、ノンリニアRAW信号は、低輝度(低濃度)側では非線形に変化するが、高輝度(高濃度)側では略線形に変化する。すなわち、ノンリニアRAW信号は、低輝度側では、階調の刻み幅が大きく、かつ、変化しやすい(輝度が高くなるにつれて階調の刻み幅は単調減少する)。他方、ノンリニアRAW信号は、高輝度側では、階調の刻み幅が小さく、かつ、階調の刻み幅は殆ど変化しないが0となることはない。 According to the γ correction of FIG. 5, an individual gain is given to the linear RAW signal for each signal level. The nonlinear RAW signal changes nonlinearly on the low luminance (low density) side, but changes substantially linearly on the high luminance (high density) side. That is, the non-linear RAW signal has a large gradation step size and is likely to change on the low luminance side (the gradation step size monotonously decreases as the luminance increases). On the other hand, the non-linear RAW signal has a small gradation step size on the high luminance side, and the gradation step width hardly changes but does not become zero.
なお、γ補正は、関数として定義されてもよいし、例えばルックアップテーブルなどのテーブルを用いて定義されてもよい。前記の通り、γ補正の入出力特性は、固定であってもよい。この場合に、プリγ補正回路113は、例えば、ROM(Read Only Memory)に保存された固定のルックアップテーブルを参照することでγ補正を行ってもよいし、HWL(Hard Wired Logic)を用いてγ補正を行ってもよい。このようにγ補正の入出力特性を固定することで、プリγ補正回路113の回路規模を抑制することができる。γ補正の入出力特性は、例えば表計算ソフトウェアを用いて簡易に計算することができる。また、γ補正は、他の入出力1:1の多ビット化リニア/ノンリニア変換に置き換えることもできる。 Note that the γ correction may be defined as a function, or may be defined using a table such as a lookup table. As described above, the input / output characteristics of γ correction may be fixed. In this case, the pre-γ correction circuit 113 may perform γ correction by referring to a fixed look-up table stored in a ROM (Read Only Memory), for example, or use HWL (Hard Wired Logic). Γ correction may be performed. By fixing the input / output characteristics of γ correction in this way, the circuit scale of the pre-γ correction circuit 113 can be suppressed. The input / output characteristics of γ correction can be easily calculated using, for example, spreadsheet software. Further, the γ correction can be replaced with other input / output 1: 1 multi-bit linear / non-linear conversion.
キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、プリγ補正回路113からノンリニアRAW信号を受け取る。キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、ノンリニアRAW信号に対してキズ補正処理およびノイズ低減処理の少なくとも一方を適用する。キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、処理済みのノンリニアRAW信号をノンリニアデジタルゲイン回路115へと出力する。 The defect correction / noise reduction processing circuit 114 receives the non-linear RAW signal from the pre-γ correction circuit 113. The flaw correction / noise reduction processing circuit 114 applies at least one of flaw correction processing and noise reduction processing to the non-linear RAW signal. The defect correction / noise reduction processing circuit 114 outputs the processed non-linear RAW signal to the non-linear digital gain circuit 115.
具体的には、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、ノンリニアRAW信号を5ライン同時化し、5×5画素領域(=同色3×3画素領域)を抽出する。5ライン同時化処理は、例えば4Hラインメモリを用いて実装することができる。抽出された5×5画素領域の中央を占める画素が、キズ補正/ノイズ低減処理回路114による処理の対象(対象画素)とされる。対象画素は、受光画素103の有効画素領域の走査順に従って順次選択される。すなわち、あらゆる画素を対象画素として選択することができる。キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、対象画素と同色の8個の画素からなる周囲画素群に属する複数の画素(におけるノンリニアRAW信号)の値の重み付け和を計算する。この重み付け和は、キズ補正処理およびノイズ低減処理の両方に使用することができる。キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、キズ補正処理およびノイズ低減処理の便宜上、対象画素(におけるノンリニアRAW信号)の値を重みの総和倍(Rcとする)にする。 Specifically, the defect correction / noise reduction processing circuit 114 simultaneously extracts five lines of non-linear RAW signals and extracts a 5 × 5 pixel region (= same color 3 × 3 pixel region). The 5-line synchronization process can be implemented using, for example, a 4H line memory. A pixel occupying the center of the extracted 5 × 5 pixel region is a processing target (target pixel) by the scratch correction / noise reduction processing circuit 114. The target pixel is sequentially selected according to the scanning order of the effective pixel region of the light receiving pixel 103. That is, any pixel can be selected as the target pixel. The defect correction / noise reduction processing circuit 114 calculates a weighted sum of values of a plurality of pixels (in the nonlinear RAW signal) belonging to the surrounding pixel group including eight pixels having the same color as the target pixel. This weighted sum can be used for both the defect correction process and the noise reduction process. The flaw correction / noise reduction processing circuit 114 sets the value of the target pixel (in the non-linear RAW signal) to the sum of weights (Rc) for convenience of flaw correction processing and noise reduction processing.
なお、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、周囲画素群に属する全画素を用いて重み付け和を計算する必要はない。寧ろ、周囲画素群にキズ(白キズまたは黒キズ)に相当すると推定される画素が含まれている場合には、係る画素を除外することが好ましい。故に、以下に説明するように、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、周囲画素群から係る画素を除外した推定正常画素群に属する画素の値の重み付け和を計算する。 Note that the flaw correction / noise reduction processing circuit 114 does not have to calculate the weighted sum using all the pixels belonging to the surrounding pixel group. On the contrary, when a pixel that is estimated to correspond to a scratch (white scratch or black scratch) is included in the surrounding pixel group, it is preferable to exclude the pixel. Therefore, as described below, the defect correction / noise reduction processing circuit 114 calculates the weighted sum of the values of the pixels belonging to the estimated normal pixel group excluding the pixels from the surrounding pixel group.
本実施形態において、画素はキズ(白キズ若しくは黒キズ)または正常のどちらかと仮定される。現実には、種々のノイズに埋もれる程度の微細なキズに相当する画素も存在するが、このようなキズは適切に検出・補正することが困難なので、正常画素として取り扱われる。 In this embodiment, the pixel is assumed to be either a flaw (white flaw or black flaw) or normal. In reality, there are pixels corresponding to fine flaws that are buried in various noises, but such flaws are treated as normal pixels because they are difficult to detect and correct appropriately.
以降の説明では、周囲画素群に属する8個の同色画素値を降順にRn、Rm、Rk、Rj、Rh、Rg、Rf、Reで表すこととする。 In the following description, eight identical color pixel values belonging to the surrounding pixel group are represented by Rn, Rm, Rk, Rj, Rh, Rg, Rf, and Re in descending order.
白キズの最大許容個数が1個の場合には、周囲画素群に属する画素のうち最大値(Rn)を持つ画素のみが、白キズに相当する可能性があるので推定正常画素群から除外される。白キズの最大許容個数が2個の場合には、周囲画素群に属する画素のうち最大値(Rn)を持つ画素に加えて第2番目に大きい画素値(Rm)を持つ画素が、白キズに相当する可能性があるので推定正常画素群から除外される。 When the maximum allowable number of white scratches is one, only the pixel having the maximum value (Rn) among the pixels belonging to the surrounding pixel group is excluded from the estimated normal pixel group because it may correspond to the white scratch. The When the maximum allowable number of white scratches is two, pixels having the second largest pixel value (Rm) in addition to the pixels having the maximum value (Rn) among the pixels belonging to the surrounding pixel group are white scratches. Are excluded from the estimated normal pixel group.
なお、白キズの個数が3個である場合には、直線上に並んだ白キズと縞画像との区別ができないのでキズ補正は機能しなくなる。故に、白キズの最大許容個数は高々2である。黒キズの最大許容個数も同様の理由から高々2である。 If the number of white flaws is three, flaw correction does not work because white flaws arranged in a straight line cannot be distinguished from the stripe image. Therefore, the maximum allowable number of white scratches is at most 2. The maximum allowable number of black scratches is at most 2 for the same reason.
同様に、黒キズの最大許容個数が1個の場合には、周囲画素群に属する画素のうち最小値(Re)を持つ画素のみが、黒キズに相当する可能性があるので推定正常画素群から除外される。黒キズの最大許容個数が2個の場合には、周囲画素群に属する画素のうち最小値(Re)を持つ画素に加えて第2番目に小さい画素値(Rf)を持つ画素が、黒キズに相当する可能性があるので推定正常画素群から除外される。 Similarly, when the maximum allowable number of black scratches is 1, only the pixel having the minimum value (Re) among the pixels belonging to the surrounding pixel group may correspond to the black scratch, and therefore the estimated normal pixel group Excluded from. When the maximum allowable number of black scratches is two, pixels having the second smallest pixel value (Rf) in addition to the pixels having the minimum value (Re) among the pixels belonging to the surrounding pixel group are black scratches. Are excluded from the estimated normal pixel group.
すなわち、白キズおよび黒キズの最大許容個数が共に1個の場合には、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、Rm、Rk、Rj、Rh、RgおよびRfの値を持つ6個の画素を推定正常画素群として特定する。 In other words, when the maximum allowable number of white and black flaws is one, the flaw correction / noise reduction processing circuit 114 calculates six pixels having values of Rm, Rk, Rj, Rh, Rg, and Rf. Specify as an estimated normal pixel group.
白キズおよび黒キズの最大許容個数がそれぞれ1個および2個の場合には、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、Rm、Rk、Rj、RhおよびRgの値を持つ5個の画素を推定正常画素群として特定する。 When the maximum allowable number of white and black scratches is 1 and 2, respectively, the scratch correction / noise reduction processing circuit 114 estimates five pixels having values of Rm, Rk, Rj, Rh, and Rg. It is specified as a normal pixel group.
白キズおよび黒キズの最大許容個数がそれぞれ2個および1個の場合には、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、Rk、Rj、Rh、RgおよびRfの値を持つ5個の画素を推定正常画素群として特定する。 When the maximum allowable number of white and black scratches is 2 and 1, respectively, the scratch correction / noise reduction processing circuit 114 estimates five pixels having values of Rk, Rj, Rh, Rg, and Rf. It is specified as a normal pixel group.
白キズおよび黒キズの最大許容個数が共に2個の場合には、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、Rk、Rj、RhおよびRgの値を持つ4個の画素を推定正常画素群として特定する。 When the maximum allowable number of white and black flaws is two, the flaw correction / noise reduction processing circuit 114 identifies four pixels having values of Rk, Rj, Rh, and Rg as an estimated normal pixel group. To do.
なお、白キズおよび黒キズの最大許容個数がそれぞれ1または2のいずれの場合であっても、Rk、Rj、RhおよびRgの値を持つ4個の画素は常に推定正常画素群に含まれる。故に、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、キズおよび黒キズの最大許容個数に関わらず、例えば下記数式(2)に従って、Rk、Rj、RhおよびRgの重み付け和(Ra)を計算してもよい。 Note that four pixels having values of Rk, Rj, Rh, and Rg are always included in the estimated normal pixel group regardless of whether the maximum allowable number of white scratches and black scratches is 1 or 2, respectively. Therefore, the scratch correction / noise reduction processing circuit 114 may calculate the weighted sum (Ra) of Rk, Rj, Rh, and Rg according to, for example, the following equation (2) regardless of the maximum allowable number of scratches and black scratches. Good.
ここで、mおよびnは重みを表す。数式(2)によって計算された重み付け和(Ra)を、対象画素の値(Rc)の理論的な基準値としてキズ補正処理またはノイズ低減処理に用いることで、対象画素の値(Rc)の量子化精度は少なくとも×(2m+2n)倍(すなわち、+log2(2m+2n)ビット)分改善する。例えば、(m,n)=(0,1)であれば、量子化精度は少なくとも×2倍(+1ビット)分改善する。(m,n)=(1,1)であれば、量子化精度は少なくとも×4倍(+2ビット)分改善する。(m,n)=(1,3)であれば、量子化精度は少なくとも×8倍(+3ビット)分改善する。(m,n)=(1,7)であれば、量子化精度は少なくとも×16倍(+4ビット)分改善する。以降の説明では、(m,n)=(1,3)とし、対象画素の値(Rc)のビット数を19(=16+3)ビットとする。 Here, m and n represent weights. By using the weighted sum (Ra) calculated by the mathematical formula (2) as a theoretical reference value of the value (Rc) of the target pixel in the scratch correction process or the noise reduction process, the quantum of the value (Rc) of the target pixel The conversion accuracy is improved by at least x (2m + 2n) times (that is, + log 2 (2m + 2n) bits). For example, if (m, n) = (0, 1), the quantization accuracy is improved by at least x2 (+1 bit). If (m, n) = (1, 1), the quantization accuracy is improved by at least x4 (+2 bits). If (m, n) = (1, 3), the quantization accuracy is improved by at least x8 (+3 bits). If (m, n) = (1, 7), the quantization accuracy is improved by at least x16 times (+4 bits). In the following description, it is assumed that (m, n) = (1, 3) and the number of bits of the target pixel value (Rc) is 19 (= 16 + 3) bits.
なお、重み付け和(Ra)をキズ補正処理またはノイズ低減処理に用いることによる量子化精度の改善効果は、対象画素の値(Rc)が黒付近であるか白付近であるかによって大きく異なり、白付近では上記数値例と大差ないが、黒付近では上記数値例に比して相当に高い。前述のように、ノンリニアRAW信号は黒付近では階調間の刻み幅が変化しやすいので、黒付近の値の重み付け和(Ra)は広範囲に分散してより細やかな階調を表現できる。 The effect of improving the quantization accuracy by using the weighted sum (Ra) for the defect correction process or the noise reduction process varies greatly depending on whether the value (Rc) of the target pixel is near black or white, The vicinity is not much different from the above numerical example, but it is considerably higher than the above numerical example near black. As described above, since the step width between gradations of a non-linear RAW signal is likely to change in the vicinity of black, the weighted sum (Ra) of values in the vicinity of black can be dispersed over a wide range to express a finer gradation.
図6には、IN(0)(=256)を中心に±7LSBまでのノンリニアRAW信号の値が示されている。リニアRAW信号がIN(0)から1LSB増減した場合のノンリニアRAW信号の増減は1199(>210)である。すなわち、16ビットのノンリニアRAW信号の黒付近での実質的な量子化精度は6ビット弱(<16−10)と見積もることができる。 FIG. 6 shows values of the nonlinear RAW signal up to ± 7LSB with IN (0) (= 256) as the center. When the linear RAW signal increases / decreases by 1 LSB from IN (0), the increase / decrease of the non-linear RAW signal is 1199 (> 2 10 ). That is, the substantial quantization accuracy near black of the 16-bit non-linear RAW signal can be estimated to be less than 6 bits (<16-10).
正常画素群の全ての値がIN(0)±3LSBの範囲(すなわち、13395〜17325の7値)に収まっていると仮定し、これらの値の全組み合わせについての重み付け和のうち113288(=8×(IN(0)−1LSB))から132472(=8×(IN(0)+1LSB))までの範囲にあるものをプロットすることにより図7のグラフが得られる。図7の例では、範囲内の重み付け和の階調の数は128(=2×26)以上である。故に、この重み付け和(Ra)を用いてキズ補正処理またはノイズ低減処理を行えば、黒付近の対象画素の値(Rc)の量子化精度は12ビット程度(=6+6=19−7)に回復する可能性がある。 Assuming that all values of the normal pixel group are within the range of IN (0) ± 3LSB (that is, 7 values of 13395 to 17325), 113288 (= 8) of the weighted sums for all combinations of these values The graph of FIG. 7 is obtained by plotting what is in the range of (× (IN (0) −1LSB)) to 132472 (= 8 × (IN (0) + 1LSB)). In the example of FIG. 7, the number of gradations of the weighted sum within the range is 128 (= 2 × 2 6 ) or more. Therefore, if scratch correction processing or noise reduction processing is performed using this weighted sum (Ra), the quantization accuracy of the value (Rc) of the target pixel near black is restored to about 12 bits (= 6 + 6 = 19-7). there's a possibility that.
同様に、正常画素群の全ての値がIN(0)±5LSBの範囲(すなわち、12887〜17833の11値)に収まっていると仮定し、これらの値の全組み合わせについての重み付け和のうち113288(=8×(IN(0)−1LSB))から132472(=8×(IN(0)+1LSB))までの範囲にあるものをプロットすることにより図8のグラフが得られる。図8の例では、範囲内の重み付け和の階調の数は512(=2×28)以上である。故に、この重み付け和(Ra)を用いてキズ補正処理またはノイズ低減処理を行えば、黒付近の対象画素の値(Rc)の量子化精度は14ビット程度(=6+8=19−5)に回復する可能性がある。なお、図8において、重み付け和が緩やかなS字カーブを描いているが、この理由は基準黒レベルの付近が有限値に制限されているためであると考えられる。 Similarly, it is assumed that all the values of the normal pixel group are within the range of IN (0) ± 5LSB (that is, 11 values of 12887 to 17833), and 11288 of the weighted sums for all combinations of these values. The graph of FIG. 8 is obtained by plotting what is in the range from (= 8 × (IN (0) −1LSB)) to 132472 (= 8 × (IN (0) + 1LSB)). In the example of FIG. 8, the number of gradations of the weighted sum within the range is 512 (= 2 × 2 8 ) or more. Therefore, if scratch correction processing or noise reduction processing is performed using this weighted sum (Ra), the quantization accuracy of the value (Rc) of the target pixel near black is restored to about 14 bits (= 6 + 8 = 19-5). there's a possibility that. In FIG. 8, an S-shaped curve with a moderate weighted sum is drawn, which is considered to be because the vicinity of the reference black level is limited to a finite value.
同様に、正常画素群の全ての値がIN(0)±7LSBの範囲(すなわち、12483〜18237の15値)に収まっていると仮定し、これらの値の全組み合わせについての重み付け和のうち113288(=8×(IN(0)−1LSB))から132472(=8×(IN(0)+1LSB))までの範囲にあるものをプロットすることにより図9のグラフが得られる。図9の例では、範囲内の重み付け和の階調の数は1024(=2×29)以上であって、隣接階調間の刻み幅は概ね48以下である。故に、重み付け和(Ra)を用いてキズ補正処理またはノイズ低減処理を行えば、黒付近の対象画素の値(Rc)の量子化精度は15ビット程度(=6+9=19−4)に回復する可能性がある。 Similarly, it is assumed that all the values of the normal pixel group are within the range of IN (0) ± 7LSB (that is, 15 values of 12483 to 18237), and 11288 of the weighted sums for all combinations of these values. The graph of FIG. 9 is obtained by plotting what is in the range from (= 8 × (IN (0) −1LSB)) to 132472 (= 8 × (IN (0) + 1LSB)). In the example of FIG. 9, the number of weighted sum gradations within the range is 1024 (= 2 × 2 9 ) or more, and the step size between adjacent gradations is approximately 48 or less. Therefore, if the defect correction process or the noise reduction process is performed using the weighted sum (Ra), the quantization accuracy of the value (Rc) of the target pixel near black is restored to about 15 bits (= 6 + 9 = 19−4). there is a possibility.
なお、正常画素群の値がどの程度分散するかは、リニアRAW信号における輝度の局所変化、ノイズ成分などに依存する。しかしながら、図7乃至図9において仮定した範囲のいずれも高々15値を含んでいるに過ぎず、IN(0)=256の1/16である16値にも満たない。故に、正常画素群における輝度変化が極端に小さいなどの状況を除き、重み付け和(Ra)を用いて以下のようにキズ補正処理またはノイズ低減処理を行えば、特に黒付近の対象画素の値(Rc)の量子化精度を大きく改善する効果が期待できる。 Note that how much the value of the normal pixel group is dispersed depends on local changes in luminance, noise components, and the like in the linear RAW signal. However, any of the ranges assumed in FIGS. 7 to 9 includes at most 15 values, which is less than 16 values that are 1/16 of IN (0) = 256. Therefore, except for the situation where the luminance change in the normal pixel group is extremely small, if the flaw correction processing or noise reduction processing is performed using the weighted sum (Ra) as follows, the value of the target pixel near black ( The effect of greatly improving the quantization accuracy of Rc) can be expected.
キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、例えば、対象画素の値(Rc)と周囲画素群に属する複数の画素(におけるノンリニアRAW信号)の値とに基づいて当該対象画素に対してキズ検出を行う。キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、対象画素をキズとして検出したならば、当該対象画素の値(Rc)を少なくとも重み付け和(Ra)に基づいて補正する。 The flaw correction / noise reduction processing circuit 114 performs flaw detection on the target pixel based on, for example, the value (Rc) of the target pixel and the values of a plurality of pixels (nonlinear RAW signal) in the surrounding pixel group. . If the defect correction / noise reduction processing circuit 114 detects the target pixel as a defect, the defect correction / noise reduction processing circuit 114 corrects the value (Rc) of the target pixel based on at least the weighted sum (Ra).
或いは、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、例えば、重み付け和(Ra)と対象画素の値(Rc)との差分をノイズ基本成分として算出する。そして、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、このノイズ基本成分にノイズ低減の強度を定める係数を乗算し、これらの積を対象画素の値(Rc)から減算(または積を対象画素の値(Rc)に加算)することでノイズ低減を行う。なお、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、ここで説明された技法とは異なる技法を用いてノイズを低減してもよい。 Alternatively, the flaw correction / noise reduction processing circuit 114 calculates, for example, a difference between the weighted sum (Ra) and the value (Rc) of the target pixel as a noise basic component. Then, the flaw correction / noise reduction processing circuit 114 multiplies the basic noise component by a coefficient that determines the noise reduction intensity, and subtracts these products from the value (Rc) of the target pixel (or reduces the product to the value of the target pixel ( Add noise to Rc) to reduce noise. Note that the flaw correction / noise reduction processing circuit 114 may reduce noise using a technique different from the technique described here.
なお、キズ補正/ノイズ低減処理は一般的にはリニアRAW信号を対象とするが、キズ補正/ノイズ低減処理回路114はノンリニアRAW信号を対象としている。例えばγ=0.45のγ補正によって得られるノンリニアRAW信号は、高輝度に比べて低輝度に敏感な人間の視覚特性に適合している。このため、キズ補正/ノイズ低減処理回路114は、ノンリニアRAW信号を用いた演算により、キズ検出・補正およびノイズ低減を高精度に実現することができる。故に、カメラモジュール100の歩留まりの向上およびSNRの向上が期待できる。 Note that the flaw correction / noise reduction processing generally targets a linear RAW signal, but the flaw correction / noise reduction processing circuit 114 targets a non-linear RAW signal. For example, a non-linear RAW signal obtained by γ correction of γ = 0.45 is suitable for human visual characteristics that are sensitive to low luminance compared to high luminance. For this reason, the flaw correction / noise reduction processing circuit 114 can realize flaw detection / correction and noise reduction with high accuracy by calculation using the non-linear RAW signal. Therefore, improvement in the yield of the camera module 100 and improvement in SNR can be expected.
ノンリニアデジタルゲイン回路115は、キズ補正/ノイズ低減処理回路114からノンリニアRAW信号(第2のノンリニアRAW信号)を受け取る。ノンリニアデジタルゲイン回路115は、ノンリニアRAW信号に対して×0倍よりも大きなノンリニアデジタルゲインを乗算する。ノンリニアデジタルゲイン回路115は、ゲイン補正済みのノンリニアRAW信号(第3のノンリニアRAW信号)をHDR圧縮回路116へと出力する。 The non-linear digital gain circuit 115 receives the non-linear RAW signal (second non-linear RAW signal) from the defect correction / noise reduction processing circuit 114. The non-linear digital gain circuit 115 multiplies the non-linear RAW signal by a non-linear digital gain larger than x0. The non-linear digital gain circuit 115 outputs the gain-corrected non-linear RAW signal (third non-linear RAW signal) to the HDR compression circuit 116.
このノンリニアデジタルゲインは、撮像装置全体の撮像感度(およびノンリニアRAW信号のダイナミックレンジ)に影響する。後述されるように、例えばリニアデジタルゲインなどの他の要素が固定であれば、ノンリニアデジタルゲインを約1.366倍にすることで感度は2倍となる(リニアデジタルゲイン換算)。 This nonlinear digital gain affects the imaging sensitivity of the entire imaging apparatus (and the dynamic range of the nonlinear RAW signal). As will be described later, for example, if other elements such as a linear digital gain are fixed, the sensitivity is doubled by converting the non-linear digital gain to about 1.366 times (linear digital gain conversion).
なお、所与の感度を達成するノンリニアデジタルゲイン(NLDG)は、同一の感度を達成するリニアデジタルゲイン(LDG)に基づいて、以下の数式(3)により算出することができる。 The non-linear digital gain (NLDG) that achieves a given sensitivity can be calculated by the following equation (3) based on the linear digital gain (LDG) that achieves the same sensitivity.
数式(3)では、LDGの冪指数を0.45に設定しているが、この冪指数はプリγ補正回路113によって用いられるγ補正係数(γ)の値に等しい。 In Equation (3), the power index of LDG is set to 0.45, but this power index is equal to the value of the γ correction coefficient (γ) used by the pre-γ correction circuit 113.
図10には、入力飽和レベル(すなわち、感度)設定(IDRS:Input Dynamic Range Setting)と、当該感度設定に対応するリニアデジタルゲインおよびノンリニアデジタルゲインが示されている。リニアデジタルゲインおよびノンリニアデジタルゲインのいずれも、×1倍以上に設定した場合には、階調間隔を拡大して感度を引き上げる効果がある。例えば、リニアデジタルゲイン(LDG)を2倍にすれば、感度も2倍となる。他方、感度を2倍にするために必要なノンリニアデジタルゲインは約1.366倍に過ぎない。これは、上記数式(3)より明らかで、20.45=1.366となる。 FIG. 10 shows an input saturation level (ie, sensitivity) setting (IDRS: Input Dynamic Range Setting), and a linear digital gain and a non-linear digital gain corresponding to the sensitivity setting. When both the linear digital gain and the non-linear digital gain are set to x1 or more, there is an effect of increasing the sensitivity by increasing the gradation interval. For example, if the linear digital gain (LDG) is doubled, the sensitivity is also doubled. On the other hand, the non-linear digital gain required to double the sensitivity is only about 1.366 times. This is clear from the above formula (3), which is 2 0.45 = 1.366.
数式(3)および図10に例示されるように、ノンリニアデジタルゲインは、リニアデジタルゲインに比べて低い倍率で感度を同等に向上させることができる。すなわち、リニアデジタルゲインは、より小さなノンリニアデジタルゲインによって置換することができる。故に、リニアデジタルゲインよりも優先してノンリニアデジタルゲインを増加させれば、SNRの劣化を抑制しながら感度を向上させることができる。 As illustrated in Equation (3) and FIG. 10, the non-linear digital gain can improve the sensitivity equally at a lower magnification than the linear digital gain. That is, the linear digital gain can be replaced by a smaller non-linear digital gain. Therefore, if the non-linear digital gain is increased in preference to the linear digital gain, the sensitivity can be improved while suppressing the deterioration of SNR.
ノンリニアデジタルゲイン回路115としてのデジタル乗算器が×0〜×63倍までに対応しているとすれば、ノンリニアデジタルゲイン回路115はリニアデジタルゲインの×8192倍に相当する×約58倍のノンリニアデジタルゲインを使用できる。この結果、ゲイン補正済みのノンリニアRAW信号の理論上のダイナミックレンジは150[dB]となり、ビット数は25(=19+6)となる。12ビットのリニアRAW信号を単純に×8192倍しても、ビット数は同じ25(=12+13)となるが、そのRAW信号に含まれる実質的な量子化精度は、大きく異なる。 Assuming that the digital multiplier as the non-linear digital gain circuit 115 supports x0 to x63 times, the non-linear digital gain circuit 115 is x581 times the non-linear digital corresponding to x8192 times the linear digital gain. Gain can be used. As a result, the theoretical dynamic range of the gain-corrected nonlinear RAW signal is 150 [dB], and the number of bits is 25 (= 19 + 6). Even if a 12-bit linear RAW signal is simply multiplied by × 8192, the number of bits is the same 25 (= 12 + 13), but the substantial quantization accuracy included in the RAW signal is greatly different.
ノンリニアデジタルゲインは、図1の撮像装置全体の撮像感度設定に加えて、HDR比率(ダイナミックレンジの拡大率)に基づいて全色共通に設定される第3のゲインに依存して定められてもよい。第3のゲインは、HDR比率が×1倍よりも大きければ、上記数式(3)から明らかなようにHDR比率よりも小さくなる。 The non-linear digital gain may be determined depending on the third gain set in common for all colors based on the HDR ratio (dynamic range expansion ratio) in addition to the imaging sensitivity setting of the entire imaging apparatus in FIG. Good. If the HDR ratio is larger than x1 times, the third gain is smaller than the HDR ratio as is apparent from the above equation (3).
また、このノンリニアデジタルゲインは、図1の撮像装置全体の撮像感度設定(および第3のゲイン)に加えて前述の第1のゲインまたは第2のゲインをさらに考慮して定められてもよい。例えば、リニアデジタルゲイン回路112を取り除き、ノンリニアデジタルゲイン回路115に色調の補正またはシェーディング補正をさらに行わせてもよい。 The nonlinear digital gain may be determined in consideration of the first gain or the second gain described above in addition to the imaging sensitivity setting (and the third gain) of the entire imaging apparatus in FIG. For example, the linear digital gain circuit 112 may be removed, and the non-linear digital gain circuit 115 may further perform color tone correction or shading correction.
但し、リニアデジタルゲイン回路112はリニアRAW信号に対してデジタルゲインを乗算するが、ノンリニアデジタルゲイン回路115はノンリニアRAW信号に対してデジタルゲインを乗算する。故に、リニアデジタルゲイン回路112とノンリニアデジタルゲイン回路115との間で、色調の補正およびシェーディング補正に必要とされるゲインは相違する。 However, the linear digital gain circuit 112 multiplies the linear RAW signal by a digital gain, whereas the non-linear digital gain circuit 115 multiplies the non-linear RAW signal by a digital gain. Therefore, the gains required for color tone correction and shading correction differ between the linear digital gain circuit 112 and the non-linear digital gain circuit 115.
HDR圧縮回路116は、ノンリニアデジタルゲイン回路115からノンリニアRAW信号を受け取る。HDR圧縮回路116は、ノンリニアRAW信号に圧縮係数を乗算し、ダイナミックレンジを圧縮する。HDR圧縮回路116は、ダイナミックレンジ圧縮済みのノンリニアRAW信号(第4のノンリニアRAW信号)をISP後処理部120へと出力する。なお、HDR圧縮回路116の出力信号のダイナミックレンジは、ISP後処理部120がサポート可能なダイナミックレンジに適合するように定められる。 The HDR compression circuit 116 receives the non-linear RAW signal from the non-linear digital gain circuit 115. The HDR compression circuit 116 multiplies the nonlinear RAW signal by a compression coefficient to compress the dynamic range. The HDR compression circuit 116 outputs the dynamic range-compressed non-linear RAW signal (fourth non-linear RAW signal) to the ISP post-processing unit 120. Note that the dynamic range of the output signal of the HDR compression circuit 116 is determined so as to match the dynamic range that the ISP post-processing unit 120 can support.
具体的には、HDR圧縮回路116は、例えばトーンマッピングを用いて局所的なコントラストをできるだけ維持しながら、ノンリニアRAW信号のダイナミックレンジを圧縮する。 Specifically, the HDR compression circuit 116 compresses the dynamic range of the nonlinear RAW signal while maintaining local contrast as much as possible using, for example, tone mapping.
HDR圧縮回路116の出力するノンリニアRAW信号のビット数は入力するノンリニアRAW信号のビット数に比べて小さい(例えば、16〜20ビット程度である)。故に、図3に例示されるようにHDR圧縮回路116をISP前処理部110内部の最後段のブロックとして配置することで、当該ISP前処理部110とISP後処理部120との間の伝送信号のビット数を最小化することができる。 The number of bits of the nonlinear RAW signal output from the HDR compression circuit 116 is smaller than the number of bits of the input nonlinear RAW signal (for example, about 16 to 20 bits). Therefore, as illustrated in FIG. 3, the HDR compression circuit 116 is arranged as the last block in the ISP preprocessing unit 110, so that the transmission signal between the ISP preprocessing unit 110 and the ISP postprocessing unit 120 is transmitted. The number of bits can be minimized.
なお、HDR圧縮回路116は、ノンリニアRAW信号の過大部分をクリップするクリップ回路に置き換えることもできる。この場合には、高輝度部分の情報が失われるので、ISP前処理部110はHDR撮像をサポートしないことになる。 Note that the HDR compression circuit 116 can be replaced with a clipping circuit that clips an excessive portion of the nonlinear RAW signal. In this case, since the information of the high luminance part is lost, the ISP preprocessing unit 110 does not support HDR imaging.
入力テスト画像発生回路117は、テスト用の入力画像を発生する。自動露光制御回路118は、例えば輝度に基づいて、シャッタ速度、アナログゲイン、リニアデジタルゲインおよびノンリニアデジタルゲインの一部または全部を制御することで撮像感度を制御する。 The input test image generation circuit 117 generates a test input image. The automatic exposure control circuit 118 controls the imaging sensitivity by controlling part or all of the shutter speed, analog gain, linear digital gain, and non-linear digital gain based on, for example, luminance.
図4のISP後処理部120は、mライン同時化回路121と、輪郭抽出回路122と、輪郭補正/エッジ抽出回路123と、デモザイク(RGB同時化)回路124と、逆γ補正回路125と、リニアRGB処理回路126と、本γ補正回路127と、YUVマトリクス回路128と、YUV処理回路129と、オートホワイトバランス回路130と、YUV帯域制限回路131と、出力テスト画像発生回路132と、RGB再マトリクス(YUV/RGB逆変換)回路133とを含む。 The ISP post-processing unit 120 in FIG. 4 includes an m-line synchronization circuit 121, a contour extraction circuit 122, a contour correction / edge extraction circuit 123, a demosaic (RGB synchronization) circuit 124, an inverse γ correction circuit 125, Linear RGB processing circuit 126, γ correction circuit 127, YUV matrix circuit 128, YUV processing circuit 129, auto white balance circuit 130, YUV band limiting circuit 131, output test image generation circuit 132, And a matrix (YUV / RGB reverse conversion) circuit 133.
mライン同時化回路121は、ISP前処理部110からノンリニアRAW信号を受け取る。mは例えば7であるが他の奇数であってもよい。mライン同時化回路121は、ノンリニアRAW信号をmライン同時化する。mライン同時化処理は、例えば(m−1)Hラインメモリを用いて実装することができる。mライン同時化回路121は、mライン同時化されたノンリニアRAW信号を輪郭抽出回路122およびデモザイク回路124へと出力する。 The m line synchronization circuit 121 receives a non-linear RAW signal from the ISP preprocessing unit 110. m is, for example, 7, but may be another odd number. The m line synchronization circuit 121 synchronizes the non-linear RAW signal with m lines. The m line synchronization processing can be implemented using, for example, (m−1) H line memory. The m line synchronization circuit 121 outputs the m-line synchronized non-linear RAW signal to the contour extraction circuit 122 and the demosaic circuit 124.
輪郭抽出回路122は、mライン同時化回路121からmライン同時化されたノンリニアRAW信号(第5のノンリニアRAW信号)を受け取る。輪郭抽出回路122は、例えば、水平方向および垂直方向それぞれに輪郭を抽出する。輪郭の抽出には、例えばLPF(Low Pass Filter)とBPF(Band Pass Filter)とを組合せて使用することができる。輪郭抽出回路122は、抽出された輪郭信号を輪郭補正/エッジ抽出回路123へと出力する。 The contour extracting circuit 122 receives the m-line synchronized non-linear RAW signal (fifth non-linear RAW signal) from the m-line synchronizing circuit 121. The contour extraction circuit 122 extracts a contour in each of the horizontal direction and the vertical direction, for example. For the contour extraction, for example, LPF (Low Pass Filter) and BPF (Band Pass Filter) can be used in combination. The contour extraction circuit 122 outputs the extracted contour signal to the contour correction / edge extraction circuit 123.
なお、輪郭抽出は一般的にはリニアRAW信号を対象とするが、輪郭抽出回路122はノンリニアRAW信号を対象としている。前述のように、例えばγ=0.45のγ補正によって得られるノンリニアRAW信号は、人間の視覚特性に適合している。このため、輪郭抽出回路122は、ノンリニアRAW信号を用いた演算により輪郭を高精度に抽出することができる。このようにして抽出された輪郭を用いることで、解像感のさらなる向上が期待できる。 Note that the contour extraction generally targets a linear RAW signal, but the contour extraction circuit 122 targets a non-linear RAW signal. As described above, for example, a nonlinear RAW signal obtained by γ correction of γ = 0.45 is suitable for human visual characteristics. For this reason, the contour extraction circuit 122 can extract the contour with high accuracy by calculation using the non-linear RAW signal. By using the contour extracted in this way, further improvement in resolution can be expected.
輪郭補正/エッジ抽出回路123は、輪郭抽出回路122から輪郭信号を受け取る。輪郭補正/エッジ抽出回路123は、輪郭信号を補正し、さらにエッジを抽出する。輪郭信号の補正は、例えば、コアリング処理、クリップ処理などを含むことができる。輪郭補正/エッジ抽出回路123は、補正済みの輪郭信号とエッジ信号とをYUV処理回路129へと出力する。 The contour correction / edge extraction circuit 123 receives the contour signal from the contour extraction circuit 122. The contour correction / edge extraction circuit 123 corrects the contour signal and further extracts an edge. The correction of the contour signal can include, for example, a coring process and a clip process. The contour correction / edge extraction circuit 123 outputs the corrected contour signal and edge signal to the YUV processing circuit 129.
デモザイク回路124は、mライン同時化回路121からmライン同時化されたノンリニアRAW信号を受け取る。デモザイク回路124は、ノンリニアRAW信号にデモザイク(RGB同時化または色分離と呼ぶこともできる)を施してRGB3チャンネルのノンリニアRAW信号を生成する。デモザイク回路124は、RGB3チャンネルのノンリニアRAW信号を逆γ補正回路125へと出力する。 The demosaic circuit 124 receives the non-linear RAW signal synchronized with m lines from the m line synchronization circuit 121. The demosaic circuit 124 performs demosaic (also referred to as RGB synchronization or color separation) on the nonlinear RAW signal to generate an RGB 3-channel nonlinear RAW signal. The demosaic circuit 124 outputs the RGB 3-channel non-linear RAW signal to the inverse γ correction circuit 125.
なお、デモザイクは一般的にはリニアRAW信号を対象とするが、デモザイク回路124はノンリニアRAW信号を対象としている。前述のように、例えばγ=0.45のγ補正によって得られるノンリニアRAW信号は、人間の視覚特性に適合している。このため、デモザイク回路124は、ノンリニアRAW信号を用いて補間演算(デモザイク)を高精度に行い、色再現性を向上することができる。 Note that the demosaic generally targets a linear RAW signal, but the demosaic circuit 124 targets a non-linear RAW signal. As described above, for example, a nonlinear RAW signal obtained by γ correction of γ = 0.45 is suitable for human visual characteristics. For this reason, the demosaic circuit 124 can perform the interpolation operation (demosaic) with high accuracy using the non-linear RAW signal and improve the color reproducibility.
入力ノンリニアRAW信号の色空間がRGBとは異なる場合に、デモザイク回路124は当該ノンリニアRAW信号の3〜4色画素の同時化を先ず行い、続いて色空間をRGBに変換してRGB3チャンネルのノンリニアRGB(原色)信号を生成する。具体的には、デモザイク回路124は、画素位置に応じた補間演算を行ってから、以下の数式(4)に例示される基本式を用いてノンリニアRAW信号の色変換を行う。 When the color space of the input non-linear RAW signal is different from RGB, the demosaic circuit 124 first synchronizes the three to four color pixels of the non-linear RAW signal, and then converts the color space to RGB to convert the RGB three-channel non-linear. An RGB (primary color) signal is generated. Specifically, the demosaic circuit 124 performs an interpolation calculation according to the pixel position, and then performs color conversion of the nonlinear RAW signal using a basic expression exemplified by the following Expression (4).
なお、上記数式(4)を使用するためには、プリγ補正回路113がγ=0.45の理想的なγ補正を行っている必要がある。 In order to use the above formula (4), the pre-γ correction circuit 113 needs to perform an ideal γ correction of γ = 0.45.
デモザイク回路124がこのような色変換機能を有していれば、カメラモジュール100に含まれる色フィルタ102がどのような色配列を持っていたとしても、ISP前処理部110およびISP後処理部120(デモザイク回路124を除く)は共通の処理を行うことができる。すなわち、ISP前処理部110およびISP後処理部120は、多種多様な色フィルタ102をサポートすることができる。なお、デモザイク回路124は、数式(4)に限らず、入力ノンリニアRAW信号の色空間とRGBとの関係が既知であるならば、当該関係を利用して色変換を行えばよい。 If the demosaic circuit 124 has such a color conversion function, the ISP pre-processing unit 110 and the ISP post-processing unit 120 can be used regardless of the color arrangement of the color filter 102 included in the camera module 100. (Excluding the demosaic circuit 124) can perform common processing. That is, the ISP preprocessing unit 110 and the ISP postprocessing unit 120 can support a wide variety of color filters 102. Note that the demosaic circuit 124 is not limited to Equation (4), and if the relationship between the color space of the input nonlinear RAW signal and RGB is known, color conversion may be performed using the relationship.
逆γ補正回路125は、デモザイク回路124からRGB3チャンネルのノンリニアRGB信号(第1のノンリニアRGB信号)を受け取る。逆γ補正回路125は、ノンリニアRGB信号にそれぞれ逆γ補正(ノンリニア/リニア変換)を適用することによって、RGB3チャンネルのリニアRGB信号(第1のリニアRGB信号)を生成する。逆γ補正回路125は、リニアRGB信号をリニアRGB処理回路126へと出力する。 The inverse γ correction circuit 125 receives the RGB three-channel non-linear RGB signal (first non-linear RGB signal) from the demosaic circuit 124. The inverse γ correction circuit 125 generates an RGB 3-channel linear RGB signal (first linear RGB signal) by applying inverse γ correction (nonlinear / linear conversion) to each nonlinear RGB signal. The inverse γ correction circuit 125 outputs the linear RGB signal to the linear RGB processing circuit 126.
具体的には、逆γ補正回路125は、プリγ補正回路113の用いるγ補正係数(γ)の逆数に等しいγ補正係数(例えば、2.2=1/0.45)を用いて、ノンリニアRGB信号に対して(逆)γ補正を適用する。 Specifically, the inverse γ correction circuit 125 uses a γ correction coefficient (for example, 2.2 = 1 / 0.45) equal to the reciprocal of the γ correction coefficient (γ) used by the pre-γ correction circuit 113, and is non-linear. Apply (reverse) gamma correction to RGB signals.
逆γ補正回路125は、例えば、16ビットのノンリニアRGB信号を、20ビットのリニアRGB信号へと変換する。ノンリニアRGB信号は、0[%](黒)および100[%](白)の場合の値がそれぞれ15360および56320に設定される。リニアRGB信号は、0[%](黒)および100[%](白)の場合の値がそれぞれ65536および720896に設定される。このような数値例に基づく逆γ補正が図11に例示される。 For example, the inverse γ correction circuit 125 converts a 16-bit non-linear RGB signal into a 20-bit linear RGB signal. In the non-linear RGB signal, values of 0 [%] (black) and 100 [%] (white) are set to 15360 and 56320, respectively. In the linear RGB signal, the values in the case of 0 [%] (black) and 100 [%] (white) are set to 65536 and 720896, respectively. FIG. 11 illustrates inverse γ correction based on such numerical examples.
但し、図11の逆γ補正は入出力1:1ではない。逆γ補正回路125が入出力1:1の逆γ補正を実現するためには、出力リニアRGB信号のビット数に非常に大きく設定しなければならず現実的ではない。故に、逆γ補正回路125は、入出力1:1を遵守しなくてもよい。図11の例によれば、最小入力実効値=827付近に対するリニアRGB信号の最大離散量は10程度であり、最大入力実効値=64513付近に対するリニアRGB信号の最大離散量は45程度である。この20ビットのリニアRGB信号を用いて後段のリニアRGB色補正処理を行うことで良好な色再現性を達成することができる。 However, the inverse γ correction in FIG. 11 is not input / output 1: 1. In order for the inverse γ correction circuit 125 to realize the inverse γ correction of the input / output 1: 1, the number of bits of the output linear RGB signal must be set very large, which is not realistic. Therefore, the inverse γ correction circuit 125 does not have to comply with the input / output 1: 1. According to the example of FIG. 11, the maximum discrete amount of the linear RGB signal with respect to the minimum input effective value = 827 vicinity is about 10, and the maximum discrete amount of the linear RGB signal with respect to the maximum input effective value = 64513 is about 45. Good color reproducibility can be achieved by performing post-stage linear RGB color correction processing using the 20-bit linear RGB signal.
なお、逆γ補正は、関数として定義されてもよいし、例えばルックアップテーブルなどのテーブルを用いて定義されてもよい。逆γ補正の入出力特性は、固定であってもよい。この場合に、逆γ補正回路125は、例えば、ROMに保存された固定のルックアップテーブルを参照することで逆γ補正を行ってもよいし、HWLを用いて逆γ補正を行ってもよい。このように逆γ補正の入出力特性を固定することで、逆γ補正回路125の回路規模を抑制することができる。逆γ補正の入出力特性は、例えば表計算ソフトウェアを用いて簡易に計算することができる。また、逆γ補正は、他のノンリニア/リニア変換に置き換えることもできる。 The inverse γ correction may be defined as a function, or may be defined using a table such as a lookup table. The input / output characteristics of inverse γ correction may be fixed. In this case, for example, the inverse γ correction circuit 125 may perform the inverse γ correction by referring to a fixed lookup table stored in the ROM, or may perform the inverse γ correction using the HWL. . By fixing the input / output characteristics of inverse γ correction in this way, the circuit scale of the inverse γ correction circuit 125 can be suppressed. The input / output characteristics of inverse γ correction can be easily calculated using, for example, spreadsheet software. Further, the inverse γ correction can be replaced with other non-linear / linear conversion.
リニアRGB処理回路126は、逆γ補正回路125からRGB3チャンネルのリニアRGB信号を受け取る。リニアRGB処理回路126は、例えば、ホワイトバランス調整(例えばR/Bゲイン調整)、リニアマトリクス色補正(すなわち、混色補正)などのリニアRGB処理を施す。なお、ホワイトバランス調整およびリニアマトリクス色補正の両方を行う場合には、ホワイトバランス調整を先に行う方が好ましい。リニアRGB処理回路126は、処理済みのRGB3チャンネルのリニアRGB信号を本γ補正回路127へと出力する。 The linear RGB processing circuit 126 receives RGB 3-channel linear RGB signals from the inverse γ correction circuit 125. The linear RGB processing circuit 126 performs linear RGB processing such as white balance adjustment (for example, R / B gain adjustment) and linear matrix color correction (that is, color mixture correction), for example. When performing both white balance adjustment and linear matrix color correction, it is preferable to perform white balance adjustment first. The linear RGB processing circuit 126 outputs processed RGB 3-channel linear RGB signals to the γ correction circuit 127.
RGB間の混色およびレベルの不均衡は、色フィルタ102、受光画素103およびADC104の周辺で生じているので、いずれもリニア領域での信号処理の副産物である。従って、ノンリニアRGB信号よりもリニアRGB信号の方がホワイトバランス調整およびリニアマトリクス色補正に適している。図3のISP前処理部110および図4のISP後処理部120では、リニアRGB信号に比べて人間の視覚特性に適合したノンリニアRGB信号を対象に可能な限り多くの信号処理が行われるが、リニアRGB処理回路126の前段には逆γ補正回路125が設けられている。故に、リニアRGB処理回路126は、リニアRGB信号に高精度なリニアRGB処理を施して良好な色再現性を達成できる。 Since color mixing between RGB and level imbalance occur around the color filter 102, the light receiving pixel 103, and the ADC 104, they are all byproducts of signal processing in the linear region. Therefore, the linear RGB signal is more suitable for white balance adjustment and linear matrix color correction than the non-linear RGB signal. In the ISP pre-processing unit 110 in FIG. 3 and the ISP post-processing unit 120 in FIG. 4, as much signal processing as possible is performed on a non-linear RGB signal suitable for human visual characteristics as compared to a linear RGB signal. An inverse γ correction circuit 125 is provided in the preceding stage of the linear RGB processing circuit 126. Therefore, the linear RGB processing circuit 126 can achieve high color reproducibility by performing highly accurate linear RGB processing on the linear RGB signal.
前述のように、HDR圧縮されたノンリニアRAW信号のビット数は、16〜20ビットと想定されている。しかしながら、デモザイク回路124および逆γ補正回路125の構成次第では、更なる多ビット化も可能である。故に、リニアRGB処理回路126に与えられるRGB3チャンネルのリニアRGB信号の量子化精度は十分に確保可能である。 As described above, the number of bits of the HDR-compressed non-linear RAW signal is assumed to be 16 to 20 bits. However, depending on the configuration of the demosaic circuit 124 and the inverse γ correction circuit 125, it is possible to further increase the number of bits. Therefore, the quantization accuracy of the RGB 3-channel linear RGB signal given to the linear RGB processing circuit 126 can be sufficiently secured.
なお、ホワイトバランスの調整を行う主体は、リニアRGB処理回路126に限られない。例えば、リニアデジタルゲイン回路112がホワイトバランスの一次調整を行い、リニアRGB処理回路126はホワイトバランスの二次調整を行ってもよい。係る構成に依れば、高輝度における偽着色を防止して色再現性を向上させることができる。 Note that the subject that adjusts the white balance is not limited to the linear RGB processing circuit 126. For example, the linear digital gain circuit 112 may perform white balance primary adjustment, and the linear RGB processing circuit 126 may perform white balance secondary adjustment. According to such a configuration, it is possible to prevent false coloring at high luminance and improve color reproducibility.
本γ補正回路127は、リニアRGB処理回路126からRGB3チャンネルのリニアRGB信号(第2のリニアRGB信号)を受け取る。本γ補正回路127は、リニアRGB信号にγ補正(第2のリニア/ノンリニア変換)をそれぞれ適用することによって、RGB3チャンネルのノンリニアRGB信号(第2のノンリニアRGB信号)を生成する。本γ補正回路127は、生成したノンリニアRGB信号をYUVマトリクス回路128へと出力する。 The γ correction circuit 127 receives an RGB 3-channel linear RGB signal (second linear RGB signal) from the linear RGB processing circuit 126. The γ correction circuit 127 applies γ correction (second linear / nonlinear conversion) to the linear RGB signal, thereby generating an RGB 3-channel non-linear RGB signal (second non-linear RGB signal). The γ correction circuit 127 outputs the generated non-linear RGB signal to the YUV matrix circuit 128.
本γ補正回路127のγ補正の入出力特性は、プリγ補正回路113のγ補正の入出力特性と同一であってもよいが異なっていてもよい。さらに、本γ補正回路127のγ補正の入出力特性は、書き換え可能(プログラマブル)であってもよい。 The γ correction input / output characteristics of the γ correction circuit 127 may be the same as or different from the γ correction input / output characteristics of the pre-γ correction circuit 113. Further, the input / output characteristics of γ correction of the γ correction circuit 127 may be rewritable (programmable).
例えば、本γ補正回路127のγ補正の入出力特性をユーザが事前に任意に設定してもよいし、本γ補正回路127がVブランキング期間毎に若しくは非連続Vブランキング期間毎に入出力特性をユーザの設定に従って動的に書き換えてもよい(ダイナミック可変方式とも称される)。プリγ補正回路113のγ補正の影響は逆γ補正回路125によって行われた逆γ補正によりキャンセルされているので、本γ補正回路127は当該γ補正の影響を受けずにユーザの設定する入出力特性(リニア/ノンリニア特性)に忠実なγ補正を行うことができる。 For example, the user may arbitrarily set the γ correction input / output characteristics of the γ correction circuit 127 in advance, or the γ correction circuit 127 may be input every V blanking period or every discontinuous V blanking period. The output characteristics may be dynamically rewritten according to user settings (also referred to as a dynamic variable system). Since the influence of the γ correction of the pre-γ correction circuit 113 is canceled by the reverse γ correction performed by the reverse γ correction circuit 125, the γ correction circuit 127 is not affected by the γ correction and is input by the user. Γ correction faithful to the output characteristics (linear / nonlinear characteristics) can be performed.
故に、ISP前処理部110およびISP後処理部120を含む撮像/画像処理装置を多用途(例えば、周囲の明るさ、図示されない表示装置の入出力特性、などの視聴環境に適応した出力画像を生成する)に適応させることができる。前述のように、プリγ補正回路113のγ補正の入出力特性および逆γ補正回路125の逆γ補正の入出力特性は固定であってもよいが、この場合にユーザは本γ補正回路127のγ補正の入出力特性に限って制御すればよい。 Therefore, the imaging / image processing apparatus including the ISP pre-processing unit 110 and the ISP post-processing unit 120 can be used for various purposes (for example, output images adapted to viewing environments such as ambient brightness and input / output characteristics of a display device not shown). Can be adapted). As described above, the γ correction input / output characteristics of the pre-γ correction circuit 113 and the inverse γ correction input / output characteristics of the inverse γ correction circuit 125 may be fixed. In this case, the user can use the γ correction circuit 127. It is sufficient to control only the input / output characteristics of γ correction.
本γ補正回路127は、リニアRGB処理回路126において得られた理想的なリニアRGB信号にγ補正を施すことで、理想的なISP処理を実現する。 The γ correction circuit 127 realizes ideal ISP processing by performing γ correction on the ideal linear RGB signal obtained by the linear RGB processing circuit 126.
YUVマトリクス回路128は、本γ補正回路127からRGB3チャンネルのノンリニアRGB信号を受け取る。YUVマトリクス回路128は、ノンリニアRGB信号にRGB−YUV変換のためのマトリクスを乗算し、YUV3チャンネルのノンリニアYUV(Y色差)信号を生成する。YUVマトリクス回路128は、生成したノンリニアYUV信号をYUV処理回路129へと出力する。RGBとYUVまたはYCbCrとの関係は以下の数式(5)に例示される基本式で表すことができる。 The YUV matrix circuit 128 receives RGB 3-channel non-linear RGB signals from the γ correction circuit 127. The YUV matrix circuit 128 multiplies the nonlinear RGB signal by a matrix for RGB-YUV conversion to generate a YUV 3-channel nonlinear YUV (Y color difference) signal. The YUV matrix circuit 128 outputs the generated non-linear YUV signal to the YUV processing circuit 129. The relationship between RGB and YUV or YCbCr can be expressed by a basic formula exemplified by the following formula (5).
ここで、αは、正の値(ストレートバイナリ)を得るための固定オフセット値を表す。 Here, α represents a fixed offset value for obtaining a positive value (straight binary).
YUV処理回路129は、輪郭補正/エッジ抽出回路123から輪郭信号およびエッジ信号を受け取り、YUVマトリクス回路128からYUV3チャンネルのノンリニアYUV信号を受け取る。YUV処理回路129は、輪郭信号およびエッジ信号を用いて、ノンリニアYUV信号に、例えば、ブライトネス/コントラスト調整、高/低輝度領域における色抑圧、エッジでの色抑圧、高/低輝度における輪郭抑圧、輪郭加算、などの種々のYUV処理を施す。YUV処理回路129は、処理済みのYUV3チャンネルのノンリニアYUV信号を、図示されない後段の装置(例えば、表示装置、記録装置、通信装置など)へと出力する。 The YUV processing circuit 129 receives a contour signal and an edge signal from the contour correction / edge extraction circuit 123 and receives a YUV three-channel non-linear YUV signal from the YUV matrix circuit 128. The YUV processing circuit 129 uses the contour signal and the edge signal to convert the non-linear YUV signal into, for example, brightness / contrast adjustment, color suppression in the high / low luminance region, color suppression at the edge, contour suppression at the high / low luminance, Various YUV processes such as contour addition are performed. The YUV processing circuit 129 outputs the processed YUV 3-channel non-linear YUV signal to a device (for example, a display device, a recording device, or a communication device) not shown.
オートホワイトバランス回路130は、例えばリニアRGB処理回路126などで行われるホワイトバランス調整において用いられる各色(RGB)のゲインを自動制御する。YUV帯域制限回路131は、例えば空間LPF(Low Pass Filter)であって、YUV3チャンネルのノンリニアYUV信号の帯域を制限する。出力テスト画像発生回路132は、テスト用の出力画像を発生する。 The auto white balance circuit 130 automatically controls the gain of each color (RGB) used in the white balance adjustment performed by the linear RGB processing circuit 126, for example. The YUV band limiting circuit 131 is a space LPF (Low Pass Filter), for example, and limits the band of the YUV 3-channel nonlinear YUV signal. The output test image generation circuit 132 generates a test output image.
RGB再マトリクス回路133は、YUV3チャンネルのノンリニアYUV信号にYUV−RGB再変換のためのマトリクスを乗算し、RGB3チャンネルのノンリニアRGB信号を生成する。すなわち、ISP後処理部120は、標準YUV(ノンリニア)出力および標準RGB(ノンリニア)出力の両方をサポートすることができる。 The RGB rematrix circuit 133 multiplies the YUV3 channel non-linear YUV signal by a matrix for YUV-RGB reconversion to generate an RGB3 channel non-linear RGB signal. That is, the ISP post-processing unit 120 can support both standard YUV (non-linear) output and standard RGB (non-linear) output.
以上説明したように、第1の実施形態に係る撮像/画像処理装置は、リニアRAW信号に入出力1:1の多ビット化リニア/ノンリニア変換を適用し、ノンリニアRAW信号にノンリニアデジタルゲインを乗算する。故に、撮像/画像処理装置は、リニアRAW信号にデジタルゲインを乗算する場合に比べて、小さなデジタルゲインを用いて同等にダイナミックレンジを拡大することができる。従って、この撮像/画像処理装置によれば、高ダイナミックレンジ化に伴うSNRの劣化を抑制することができる。さらに、撮像/画像処理装置がノンリニアRAW信号を用いてキズ補正/ノイズ低減処理を行う点もSNRの向上に寄与している。 As described above, the imaging / image processing apparatus according to the first embodiment applies the input / output 1: 1 multi-bit / linear conversion to the linear RAW signal, and multiplies the nonlinear RAW signal by the nonlinear digital gain. To do. Therefore, the imaging / image processing apparatus can expand the dynamic range equally by using a small digital gain as compared with the case where the linear RAW signal is multiplied by the digital gain. Therefore, according to this imaging / image processing apparatus, it is possible to suppress the degradation of SNR accompanying the increase in the dynamic range. Furthermore, the point that the imaging / image processing apparatus performs defect correction / noise reduction processing using a non-linear RAW signal also contributes to the improvement of SNR.
また、この撮像/画像処理装置は、ノンリニアRGB信号を一旦リニアRGB信号に逆変換してからホワイトバランス調整またはリニアマトリクス色補正を行うので、良好な色再現性を達成する。画像処理装置は、リニアRGB信号を再びリニア/ノンリニア変換するが、この変換の入出力特性は書き換え可能である。故に、撮像/画像処理装置は多用途に適応可能である。 In addition, since the imaging / image processing apparatus performs the white balance adjustment or the linear matrix color correction after the non-linear RGB signal is once converted back into the linear RGB signal, good color reproducibility is achieved. The image processing apparatus again performs linear / nonlinear conversion of the linear RGB signal, but the input / output characteristics of this conversion can be rewritten. Therefore, the imaging / image processing apparatus can be applied to various applications.
さらに、この撮像/画像処理装置がノンリニアRAW信号を用いて高精度なデモザイクを行う点も、上述の色再現性の向上に寄与している。なお、撮像/画像処理装置は、ノンリニアRAW信号の色空間がRGB以外の場合には、デモザイクしてから当該色空間をRGBに変換する。故に、撮像/画像処理装置は、多種多様な色フィルタをサポートできる。加えて、撮像/画像処理装置は、ノンリニアRAW信号を用いて高精度な輪郭抽出を行うので解像感を向上させる効果もある。 Furthermore, the point that this imaging / image processing apparatus performs highly accurate demosaicing using a non-linear RAW signal also contributes to the improvement of the color reproducibility described above. Note that when the color space of the nonlinear RAW signal is other than RGB, the imaging / image processing apparatus performs demosaicing and then converts the color space to RGB. Therefore, the imaging / image processing apparatus can support a wide variety of color filters. In addition, since the imaging / image processing apparatus performs highly accurate contour extraction using the non-linear RAW signal, there is also an effect of improving the resolution.
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る撮像/画像処理装置は、単一露光方式ではなく多重露光方式のHDR撮像をサポートする点で第1の実施形態に係る撮像/画像処理装置とは異なる。本実施形態に係る撮像/画像処理装置のカメラモジュール100、ISP前処理部200およびISP後処理部120がそれぞれ図2、図12および図4に例示される。
(Second Embodiment)
The imaging / image processing apparatus according to the second embodiment is different from the imaging / image processing apparatus according to the first embodiment in that it supports multiple exposure HDR imaging instead of a single exposure method. The camera module 100, the ISP pre-processing unit 200, and the ISP post-processing unit 120 of the imaging / image processing apparatus according to the present embodiment are illustrated in FIGS. 2, 12, and 4, respectively.
なお、本実施形態において、カメラモジュール100は、露光時間の異なる複数チャンネル(以降の説明では3チャンネルとする)のリニアRAW信号を出力するものの、それ以外の動作は第1の実施形態と同様である。また、本実施形態におけるISP後処理部120の動作は第1の実施形態と同様である。 In this embodiment, the camera module 100 outputs a linear RAW signal of a plurality of channels (three channels in the following description) having different exposure times, but the other operations are the same as those in the first embodiment. is there. The operation of the ISP post-processing unit 120 in this embodiment is the same as that in the first embodiment.
図12のISP前処理部200は、リニアHDR合成回路201と、信号分割回路202と、リニアデジタルゲイン回路211と、プリγ補正回路212と、キズ補正/ノイズ低減処理回路213と、ノンリニアデジタルゲイン回路214と、リニアデジタルゲイン回路221と、プリγ補正回路222と、キズ補正/ノイズ低減処理回路223と、ノンリニアデジタルゲイン回路224と、ノンリニアHDR合成回路231と、HDR圧縮回路232と、入力テスト画像発生回路233と、自動露光制御回路234とを含む。 12 includes a linear HDR synthesizing circuit 201, a signal dividing circuit 202, a linear digital gain circuit 211, a pre-γ correction circuit 212, a scratch correction / noise reduction processing circuit 213, and a non-linear digital gain. Circuit 214, linear digital gain circuit 221, pre-γ correction circuit 222, scratch correction / noise reduction processing circuit 223, non-linear digital gain circuit 224, non-linear HDR synthesis circuit 231, HDR compression circuit 232, input test An image generation circuit 233 and an automatic exposure control circuit 234 are included.
リニアHDR合成回路201は、カメラモジュール100から露光時間の異なる3チャンネルのリニアRAW信号(例えば各12ビット)を受け取り、これらをHDR合成する。リニアHDR合成回路201は、合成済みのリニアRAW信号(例えば32ビット)を信号分割回路202へと出力する。 The linear HDR synthesizing circuit 201 receives three-channel linear RAW signals (for example, 12 bits each) having different exposure times from the camera module 100, and HDR-synthesizes them. The linear HDR synthesis circuit 201 outputs a synthesized linear RAW signal (for example, 32 bits) to the signal division circuit 202.
信号分割回路202は、リニアHDR合成回路201からリニアRAW信号を受け取り、当該リニアRAW信号を上位ビット信号と下位ビット信号とに二分割(再分割)する。但し、上位ビット信号と下位ビット信号との間には重複があってもよい。例えば、上位ビット信号の下位nビットと下位ビット信号の上位nビットとが重複してもよい。また、信号分割回路202は、リニアRAW信号を二等分割する必要もない。信号分割回路202は、例えば、入力リニアRAW信号の上位16ビットを短時間露光(低感度)チャンネルのリニアRAW信号としてリニアデジタルゲイン回路211へと出力し、入力リニアRAW信号の下位16ビットを長時間露光(高感度)チャンネルのリニアRAW信号としてリニアデジタルゲイン回路221へと出力する。 The signal dividing circuit 202 receives the linear RAW signal from the linear HDR synthesizing circuit 201, and divides the linear RAW signal into an upper bit signal and a lower bit signal (subdivision). However, there may be overlap between the upper bit signal and the lower bit signal. For example, the lower n bits of the upper bit signal and the upper n bits of the lower bit signal may overlap. Further, the signal dividing circuit 202 does not need to divide the linear RAW signal into two equal parts. For example, the signal dividing circuit 202 outputs the upper 16 bits of the input linear RAW signal to the linear digital gain circuit 211 as the linear RAW signal of the short exposure (low sensitivity) channel, and the lower 16 bits of the input linear RAW signal is long. A linear RAW signal of a time exposure (high sensitivity) channel is output to the linear digital gain circuit 221.
なお、ISP前処理部200が2チャンネルのリニアRAW信号を入力する場合には、リニアHDR合成回路201および信号分割回路202を省略してもよい。 When the ISP preprocessing unit 200 inputs a 2-channel linear RAW signal, the linear HDR synthesis circuit 201 and the signal division circuit 202 may be omitted.
リニアデジタルゲイン回路211は、信号分割回路202から短時間露光チャンネルのリニアRAW信号を受け取る。リニアデジタルゲイン回路211は、リニアRAW信号にリニアデジタルゲインを乗算する。リニアデジタルゲイン回路211は、ゲイン補正済みのリニアRAW信号をプリγ補正回路212へと出力する。 The linear digital gain circuit 211 receives the linear RAW signal of the short exposure channel from the signal dividing circuit 202. The linear digital gain circuit 211 multiplies the linear RAW signal by the linear digital gain. The linear digital gain circuit 211 outputs the linear RAW signal after gain correction to the pre-γ correction circuit 212.
プリγ補正回路212は、リニアデジタルゲイン回路211からリニアRAW信号を受け取る。プリγ補正回路212は、リニアRAW信号にγ補正を適用することによって、当該リニアRAW信号よりもビット数の多いノンリニアRAW信号(例えば20ビット)を生成する。プリγ補正回路212は、ノンリニアRAW信号をキズ補正/ノイズ低減処理回路213へと出力する。 The pre-γ correction circuit 212 receives the linear RAW signal from the linear digital gain circuit 211. The pre-γ correction circuit 212 generates a nonlinear RAW signal (for example, 20 bits) having a larger number of bits than the linear RAW signal by applying γ correction to the linear RAW signal. The pre-γ correction circuit 212 outputs the non-linear RAW signal to the defect correction / noise reduction processing circuit 213.
キズ補正/ノイズ低減処理回路213は、プリγ補正回路212からノンリニアRAW信号を受け取る。キズ補正/ノイズ低減処理回路213は、ノンリニアRAW信号に対してキズ補正処理およびノイズ低減処理の少なくとも一方を適用する。キズ補正/ノイズ低減処理回路213は、処理済みのノンリニアRAW信号(例えば23ビット)をノンリニアデジタルゲイン回路214へと出力する。 The defect correction / noise reduction processing circuit 213 receives the non-linear RAW signal from the pre-γ correction circuit 212. The flaw correction / noise reduction processing circuit 213 applies at least one of flaw correction processing and noise reduction processing to the non-linear RAW signal. The defect correction / noise reduction processing circuit 213 outputs a processed non-linear RAW signal (for example, 23 bits) to the non-linear digital gain circuit 214.
なお、キズ補正/ノイズ低減処理は一般的にはリニアRAW信号を対象とするが、キズ補正/ノイズ低減処理回路213はノンリニアRAW信号を対象としている。例えばγ=0.45のγ補正によって得られるノンリニアRAW信号は、高輝度に比べて低輝度に敏感な人間の視覚特性に適合している。このため、キズ補正/ノイズ低減処理回路213は、ノンリニアRAW信号を用いた演算により、キズ検出・補正およびノイズ低減を高精度に実現することができる。故に、カメラモジュール100の歩留まりの向上およびSNRの向上が期待できる。 Note that the flaw correction / noise reduction processing generally targets a linear RAW signal, but the flaw correction / noise reduction processing circuit 213 targets a non-linear RAW signal. For example, a non-linear RAW signal obtained by γ correction of γ = 0.45 is suitable for human visual characteristics that are sensitive to low luminance compared to high luminance. For this reason, the flaw correction / noise reduction processing circuit 213 can realize flaw detection / correction and noise reduction with high accuracy by calculation using the non-linear RAW signal. Therefore, improvement in the yield of the camera module 100 and improvement in SNR can be expected.
ノンリニアデジタルゲイン回路214は、キズ補正/ノイズ低減処理回路213からノンリニアRAW信号を受け取る。ノンリニアデジタルゲイン回路214は、ノンリニアRAW信号に対して×1倍よりも大きなノンリニアデジタルゲインを乗算する。ノンリニアデジタルゲイン回路214は、ゲイン補正済みのノンリニアRAW信号(例えば31ビット)をノンリニアHDR合成回路231へと出力する。 The non-linear digital gain circuit 214 receives the non-linear RAW signal from the defect correction / noise reduction processing circuit 213. The non-linear digital gain circuit 214 multiplies the non-linear RAW signal by a non-linear digital gain larger than x1. The non-linear digital gain circuit 214 outputs a gain-corrected non-linear RAW signal (for example, 31 bits) to the non-linear HDR synthesizing circuit 231.
リニアデジタルゲイン回路221、プリγ補正回路222、キズ補正/ノイズ低減処理回路223およびノンリニアデジタルゲイン回路224の動作は、ノンリニアデジタルゲインを除いて、リニアデジタルゲイン回路211、プリγ補正回路212、キズ補正/ノイズ低減処理回路213およびノンリニアデジタルゲイン回路214と同様であってよいので詳細な説明を省略する。但し、ノンリニアデジタルゲイン回路224の用いるノンリニアデジタルゲインを×1倍に固定できるのであれば、当該ノンリニアデジタルゲイン回路224は不要となる。 The operations of the linear digital gain circuit 221, the pre-γ correction circuit 222, the scratch correction / noise reduction processing circuit 223, and the non-linear digital gain circuit 224, except for the non-linear digital gain, are the linear digital gain circuit 211, the pre-γ correction circuit 212, and the scratch. Since it may be the same as the correction / noise reduction processing circuit 213 and the non-linear digital gain circuit 214, detailed description thereof will be omitted. However, if the non-linear digital gain used by the non-linear digital gain circuit 224 can be fixed to x1, the non-linear digital gain circuit 224 is not necessary.
なお、リニアデジタルゲイン回路211およびリニアデジタルゲイン回路221は、まとめてリニアデジタルゲイン回路群と呼ぶことができる。プリγ補正回路212およびプリγ補正回路222は、まとめてγ補正回路群と呼ぶことができる。キズ補正/ノイズ低減処理回路213およびキズ補正/ノイズ低減処理回路223は、まとめてキズ補正/ノイズ低減処理回路群と呼ぶことができる。ノンリニアデジタルゲイン回路214およびノンリニアデジタルゲイン回路224は、まとめてノンリニアデジタルゲイン回路群と呼ぶことができる。 The linear digital gain circuit 211 and the linear digital gain circuit 221 can be collectively referred to as a linear digital gain circuit group. The pre-γ correction circuit 212 and the pre-γ correction circuit 222 can be collectively referred to as a γ correction circuit group. The flaw correction / noise reduction processing circuit 213 and the flaw correction / noise reduction processing circuit 223 can be collectively referred to as a flaw correction / noise reduction processing circuit group. The non-linear digital gain circuit 214 and the non-linear digital gain circuit 224 can be collectively referred to as a non-linear digital gain circuit group.
ノンリニアHDR合成回路231は、ノンリニアデジタルゲイン回路214から短時間露光チャンネルのノンリニアRAW信号を受け取り、ノンリニアデジタルゲイン回路224から長時間露光チャンネルのノンリニアRAW信号を受け取り、これらをHDR合成する。ノンリニアHDR合成回路231は、合成済みのリニアRAW信号(例えば31ビット)をHDR圧縮回路232へと出力する。 The non-linear HDR synthesizing circuit 231 receives the non-linear RAW signal of the short-time exposure channel from the non-linear digital gain circuit 214, receives the non-linear RAW signal of the long-time exposure channel from the non-linear digital gain circuit 224, and HDR synthesizes them. The non-linear HDR synthesis circuit 231 outputs the synthesized linear RAW signal (for example, 31 bits) to the HDR compression circuit 232.
例えば、ノンリニアHDR合成回路231は、ノンリニアデジタルゲイン回路214によって×200.854倍されたノンリニアRAW信号(例えば、31(=23+8)ビット)を受け取り、ノンリニアデジタルゲイン回路224によって×1倍されたノンリニアRAW信号(例えば、23ビット)を受け取る。ノンリニアHDR合成回路231は、これらを合成し、理論上のダイナミックレンジが186[dB]のノンリニアRAW信号を生成できる。 For example, the non-linear HDR synthesizing circuit 231 receives a non-linear RAW signal (for example, 31 (= 23 + 8) bits) multiplied by × 20.854 by the non-linear digital gain circuit 214, and is non-linear multiplied by × 1 by the non-linear digital gain circuit 224. A RAW signal (eg, 23 bits) is received. The non-linear HDR synthesizing circuit 231 can synthesize these and generate a non-linear RAW signal having a theoretical dynamic range of 186 [dB].
HDR圧縮回路232は、ノンリニアHDR合成回路231からノンリニアRAW信号を受け取る。HDR圧縮回路232は、ノンリニアRAW信号に圧縮係数を乗算し、ダイナミックレンジを圧縮する。HDR圧縮回路232は、ダイナミックレンジ圧縮済みのノンリニアRAW信号をISP後処理部120へと出力する。なお、HDR圧縮回路232の出力信号のダイナミックレンジは、ISP後処理部120がサポート可能なダイナミックレンジに適合するように定められる。 The HDR compression circuit 232 receives the nonlinear RAW signal from the nonlinear HDR synthesis circuit 231. The HDR compression circuit 232 multiplies the nonlinear RAW signal by a compression coefficient to compress the dynamic range. The HDR compression circuit 232 outputs the non-linear RAW signal subjected to dynamic range compression to the ISP post-processing unit 120. Note that the dynamic range of the output signal of the HDR compression circuit 232 is determined so as to match the dynamic range that the ISP post-processing unit 120 can support.
HDR圧縮回路232の出力するノンリニアRAW信号のビット数は入力するノンリニアRAW信号のビット数に比べて小さい(例えば、16〜24ビット程度である)。故に、図12に例示されるようにHDR圧縮回路232をISP前処理部200内部の最後段のブロックとして配置することで、当該ISP前処理部200とISP後処理部120との間で伝送される信号のビット数を最小化することもできる。 The number of bits of the nonlinear RAW signal output from the HDR compression circuit 232 is smaller than the number of bits of the input nonlinear RAW signal (for example, about 16 to 24 bits). Therefore, as illustrated in FIG. 12, the HDR compression circuit 232 is arranged as the last block inside the ISP preprocessing unit 200, so that it is transmitted between the ISP preprocessing unit 200 and the ISP postprocessing unit 120. It is also possible to minimize the number of bits of the signal.
入力テスト画像発生回路233は、テスト用の入力画像を発生する。自動露光制御回路234は、例えば輝度に基づいて、シャッタ速度、アナログゲイン、リニアデジタルゲインおよびノンリニアデジタルゲインの一部または全部を制御することで撮像感度を制御する。 The input test image generation circuit 233 generates a test input image. The automatic exposure control circuit 234 controls imaging sensitivity by controlling part or all of the shutter speed, analog gain, linear digital gain, and non-linear digital gain based on, for example, luminance.
以上説明したように、第2の実施形態に係る撮像/画像処理装置は、多重露光方式のHDR撮像をサポートする点を除けば第1の実施形態に係る撮像/画像処理装置と同様であるからその効果も同様である。 As described above, the imaging / image processing apparatus according to the second embodiment is the same as the imaging / image processing apparatus according to the first embodiment except that it supports multiple-exposure type HDR imaging. The effect is the same.
すなわち、この撮像/画像処理装置は、露光時間の異なる複数チャンネルのリニアRAW信号の各々に入出力1:1の多ビット化リニア/ノンリニア変換を適用し、各ノンリニアRAW信号にノンリニアデジタルゲインを乗算する。故に、撮像/画像処理装置は、リニアRAW信号にデジタルゲインを乗算する場合に比べて、小さなデジタルゲインを用いて同等にダイナミックレンジを拡大することができる。従って、この撮像/画像処理装置によれば、高ダイナミックレンジ化に伴うSNRの劣化を抑制することができる。さらに、撮像/画像処理装置がノンリニアRAW信号を用いてキズ補正/ノイズ低減処理を行う点もSNRの向上に寄与している。 That is, this imaging / image processing apparatus applies multi-bit / linear conversion with 1: 1 input / output to each of a plurality of channels of linear RAW signals having different exposure times, and multiplies each nonlinear RAW signal by a nonlinear digital gain. To do. Therefore, the imaging / image processing apparatus can expand the dynamic range equally by using a small digital gain as compared with the case where the linear RAW signal is multiplied by the digital gain. Therefore, according to this imaging / image processing apparatus, it is possible to suppress the degradation of SNR accompanying the increase in the dynamic range. Furthermore, the point that the imaging / image processing apparatus performs defect correction / noise reduction processing using a non-linear RAW signal also contributes to the improvement of SNR.
また、この撮像/画像処理装置は、ノンリニアRGB信号を一旦リニアRGB信号に逆変換してからホワイトバランス調整またはリニアマトリクス色補正を行うので、良好な色再現性を達成する。画像処理装置は、リニアRGB信号を再びリニア/ノンリニア変換するが、この変換の入出力特性は書き換え可能である。故に、撮像/画像処理装置は多用途に適応可能である。 In addition, since the imaging / image processing apparatus performs the white balance adjustment or the linear matrix color correction after the non-linear RGB signal is once converted back into the linear RGB signal, good color reproducibility is achieved. The image processing apparatus again performs linear / nonlinear conversion of the linear RGB signal, but the input / output characteristics of this conversion can be rewritten. Therefore, the imaging / image processing apparatus can be applied to various applications.
さらに、この撮像/画像処理装置がノンリニアRAW信号を用いて高精度なデモザイクを行う点も、上述の色再現性の向上に寄与している。なお、撮像/画像処理装置は、ノンリニアRAW信号の色空間がRGB以外の場合には、先ず色空間を同時化(デモザイク)してから、当該色空間をRGBに変換する。故に、撮像/画像処理装置は、多種多様な色フィルタをサポートできる。加えて、撮像/画像処理装置は、ノンリニアRAW信号を用いて高精度な輪郭抽出を行うので解像感を向上させる効果もある。 Furthermore, the point that this imaging / image processing apparatus performs highly accurate demosaicing using a non-linear RAW signal also contributes to the improvement of the color reproducibility described above. Note that when the color space of the non-linear RAW signal is other than RGB, the imaging / image processing apparatus first synchronizes the color space (demosaic) and then converts the color space to RGB. Therefore, the imaging / image processing apparatus can support a wide variety of color filters. In addition, since the imaging / image processing apparatus performs highly accurate contour extraction using the non-linear RAW signal, there is also an effect of improving the resolution.
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る撮像/画像処理装置は、カラーHDR撮像ではなく白黒HDR撮像をサポートする点で第1の実施形態または第2の実施形態に係る撮像/画像処理装置とは異なる。本実施形態に係る撮像/画像処理装置のカメラモジュール300、ISP前処理部110(またはISP前処理部200)およびISP後処理部310がそれぞれ図13、図3(または図13)および図14に例示される。なお、本実施形態において、ISP前処理部110(またはISP前処理部200)は、1チャンネルの輝度(Y)信号を扱うものの基本的な動作は第1の実施形態(または第2の実施形態)と同様である。
(Third embodiment)
The imaging / image processing apparatus according to the third embodiment is different from the imaging / image processing apparatus according to the first embodiment or the second embodiment in that it supports monochrome HDR imaging instead of color HDR imaging. The camera module 300, ISP pre-processing unit 110 (or ISP pre-processing unit 200), and ISP post-processing unit 310 of the imaging / image processing apparatus according to the present embodiment are shown in FIGS. 13, 3 (or 13) and 14, respectively. Illustrated. In the present embodiment, the ISP preprocessing unit 110 (or ISP preprocessing unit 200) handles the luminance (Y) signal of one channel, but the basic operation is the first embodiment (or the second embodiment). ).
図13のカメラモジュール300は、光学レンズ301と、受光画素302と、ADC303と、ロジック信号処理部304とを含む。なお、ロジック信号処理部304は、光学レンズ301、受光画素302およびADC303と同一のチップに組み込まれていてもよいし、異なるチップに組み込まれていてもよい。 A camera module 300 in FIG. 13 includes an optical lens 301, a light receiving pixel 302, an ADC 303, and a logic signal processing unit 304. The logic signal processing unit 304 may be incorporated in the same chip as the optical lens 301, the light receiving pixel 302, and the ADC 303, or may be incorporated in a different chip.
光学レンズ301は、外界からの入射光を受光画素302に集光する。受光画素302は、光学レンズ301を通過した入射光をその光量に応じた信号レベルを持つ電気信号へと(光電)変換する。受光画素302は、電子シャッタ機能を備えており、設定されたシャッタ速度によって決まる期間に亘って電荷を蓄積する。受光画素302は、生成した電気信号をADC303へと出力する。 The optical lens 301 collects incident light from the outside on the light receiving pixel 302. The light receiving pixel 302 converts (photoelectrically) the incident light that has passed through the optical lens 301 into an electric signal having a signal level corresponding to the amount of light. The light receiving pixel 302 has an electronic shutter function, and accumulates charges over a period determined by the set shutter speed. The light receiving pixel 302 outputs the generated electric signal to the ADC 303.
ADC303は、受光画素302から電気信号を受け取り、当該電気信号をアナログ/デジタル変換することによって、デジタルのリニアRAW信号(輝度Y信号)を生成する。ADC303は、リニア輝度信号をロジック信号処理部304へと出力する。リニア輝度信号の値は、対応する受光画素302における入射光の光量に依存する。 The ADC 303 receives an electrical signal from the light receiving pixel 302 and performs analog / digital conversion on the electrical signal to generate a digital linear RAW signal (luminance Y signal). The ADC 303 outputs a linear luminance signal to the logic signal processing unit 304. The value of the linear luminance signal depends on the amount of incident light in the corresponding light receiving pixel 302.
ロジック信号処理部304は、ADC303からリニア輝度信号を受け取り、例えば高温時の温度補償、光学シェーディング補正、スタティック型キズ補正などの種々の信号処理を施す。なお、ロジック信号処理部304は、一般的に、リニア輝度信号に対してリニア領域のままで信号処理を施す。ロジック信号処理部304は、処理済みのリニア輝度信号をISP前処理部110へと出力する。 The logic signal processing unit 304 receives the linear luminance signal from the ADC 303 and performs various signal processing such as temperature compensation at high temperature, optical shading correction, and static flaw correction. Note that the logic signal processing unit 304 generally performs signal processing on the linear luminance signal in the linear region. The logic signal processing unit 304 outputs the processed linear luminance signal to the ISP preprocessing unit 110.
図14のISP後処理部310は、mライン同時化回路311と、輪郭抽出回路312と、輪郭補正回路313と、逆γ補正回路314と、γ補正回路315と、ブライトネス/コントラスト調整回路316と、輪郭抑圧/加算回路317と、輝度帯域制限回路318と、出力テスト画像発生回路319とを含む。 14 includes an m-line synchronization circuit 311, a contour extraction circuit 312, a contour correction circuit 313, an inverse γ correction circuit 314, a γ correction circuit 315, and a brightness / contrast adjustment circuit 316. , A contour suppression / addition circuit 317, a luminance band limiting circuit 318, and an output test image generation circuit 319.
mライン同時化回路311は、ISP前処理部110からノンリニア輝度信号を受け取る。mは例えば5であるが他の自然数であってもよい。mライン同時化回路311は、ノンリニア輝度信号をmライン同時化する。mライン同時化処理は、例えば(m−1)Hラインメモリを用いて実装することができる。mライン同時化回路311は、mライン同時化されたノンリニア輝度信号を輪郭抽出回路312へと出力し、うち1ラインのノンリニア輝度信号を逆γ補正回路314へと出力する。 The m line synchronization circuit 311 receives a non-linear luminance signal from the ISP preprocessing unit 110. m is, for example, 5, but may be another natural number. The m line synchronization circuit 311 synchronizes the non-linear luminance signal for m lines. The m line synchronization processing can be implemented using, for example, (m−1) H line memory. The m-line synchronization circuit 311 outputs the non-linear luminance signal synchronized with m lines to the contour extraction circuit 312, and outputs one line of non-linear luminance signal to the inverse γ correction circuit 314.
輪郭抽出回路312は、mライン同時化回路311からmライン同時化されたノンリニア輝度信号を受け取る。輪郭抽出回路312は、例えば、水平方向および垂直方向それぞれに輪郭を抽出する。輪郭の抽出には、例えばBPFを使用することができる。輪郭抽出回路312は、抽出された輪郭信号を輪郭補正回路313へと出力する。 The contour extraction circuit 312 receives the non-linear luminance signal synchronized with m lines from the m line synchronization circuit 311. The contour extraction circuit 312 extracts a contour in each of the horizontal direction and the vertical direction, for example. For example, BPF can be used for the contour extraction. The contour extraction circuit 312 outputs the extracted contour signal to the contour correction circuit 313.
なお、輪郭抽出は一般的にはリニア輝度信号を対象とするが、輪郭抽出回路312はノンリニア輝度信号を対象としている。前述のように、例えばγ=0.45のγ補正によって得られるノンリニア輝度信号は人間の視覚特性に適合している。このため、輪郭抽出回路312は、ノンリニア輝度信号を用いた演算により輪郭抽出を高精度に実現することができる。このようにして抽出された輪郭を用いることで、解像感のさらなる向上が期待できる。 Note that contour extraction generally targets a linear luminance signal, but the contour extraction circuit 312 targets a non-linear luminance signal. As described above, for example, the non-linear luminance signal obtained by γ correction of γ = 0.45 is suitable for human visual characteristics. For this reason, the contour extraction circuit 312 can realize the contour extraction with high accuracy by the calculation using the non-linear luminance signal. By using the contour extracted in this way, further improvement in resolution can be expected.
輪郭補正回路313は、輪郭抽出回路312から輪郭信号を受け取る。輪郭補正回路313は、輪郭信号を補正する。輪郭信号の補正は、例えば、コアリング処理、クリップ処理などを含むことができる。輪郭補正回路313は、補正済みの輪郭信号を輪郭抑圧/加算回路317へと出力する。 The contour correction circuit 313 receives the contour signal from the contour extraction circuit 312. The contour correction circuit 313 corrects the contour signal. The correction of the contour signal can include, for example, a coring process and a clip process. The contour correction circuit 313 outputs the corrected contour signal to the contour suppression / addition circuit 317.
逆γ補正回路314は、mライン同時化回路311からノンリニア輝度信号(第1のノンリニア輝度信号)を受け取る。逆γ補正回路314は、ノンリニア輝度信号に逆γ補正を適用することによって、リニア輝度信号(第1のリニア輝度信号)を生成する。逆γ補正回路314は、リニア輝度信号をγ補正回路315へと出力する。 The inverse γ correction circuit 314 receives the non-linear luminance signal (first non-linear luminance signal) from the m line synchronization circuit 311. The inverse γ correction circuit 314 generates a linear luminance signal (first linear luminance signal) by applying inverse γ correction to the non-linear luminance signal. The inverse γ correction circuit 314 outputs the linear luminance signal to the γ correction circuit 315.
γ補正回路315は、逆γ補正回路314からリニア輝度信号(第2のリニア輝度信号)を受け取る。γ補正回路315は、リニア輝度信号にγ補正を適用することによって、ノンリニア輝度信号(第2のノンリニア輝度信号)を生成する。γ補正回路315は、生成したノンリニア輝度信号をブライトネス/コントラスト調整回路316へと出力する。 The γ correction circuit 315 receives the linear luminance signal (second linear luminance signal) from the inverse γ correction circuit 314. The γ correction circuit 315 generates a non-linear luminance signal (second non-linear luminance signal) by applying γ correction to the linear luminance signal. The γ correction circuit 315 outputs the generated non-linear luminance signal to the brightness / contrast adjustment circuit 316.
γ補正回路315のγ補正の入出力特性は、プリγ補正回路113(または、プリγ補正回路212およびプリγ補正回路222)のγ補正の入出力特性と同一であってもよいが異なっていてもよい。さらに、γ補正回路315のγ補正の入出力特性は、書き換え可能(プログラマブル)であってもよい。 The γ correction input / output characteristics of the γ correction circuit 315 may be the same as or different from the γ correction input / output characteristics of the pre-γ correction circuit 113 (or the pre-γ correction circuit 212 and the pre-γ correction circuit 222). May be. Further, the γ correction input / output characteristics of the γ correction circuit 315 may be rewritable (programmable).
なお、ISP後処理部310において、逆γ補正回路314とγ補正回路315との間にはいかなる処理回路も存在しない。故に、これらは、(プログラマブル)ノンリニア/ノンリニア変換を行うノンリニア/ノンリニア変換回路として統合することもできる。このノンリニア/ノンリニア変換の入出力特性は、逆γ補正回路314の逆γ補正の入出力特性とγ補正回路315のγ補正の入出力特性とを合成することで導出可能である。 In the ISP post-processing unit 310, no processing circuit exists between the inverse γ correction circuit 314 and the γ correction circuit 315. Therefore, they can be integrated as a non-linear / non-linear conversion circuit that performs (programmable) non-linear / non-linear conversion. The input / output characteristics of the nonlinear / nonlinear conversion can be derived by combining the input / output characteristics of the inverse γ correction of the inverse γ correction circuit 314 and the input / output characteristics of the γ correction of the γ correction circuit 315.
ブライトネス/コントラスト調整回路316は、γ補正回路315からノンリニア輝度信号を受け取る。ブライトネス/コントラスト調整回路316は、ノンリニア輝度信号にブライトネス/コントラスト調整を施す。ブライトネス/コントラスト調整回路316は、処理済みのノンリニア輝度信号を、輪郭抑圧/加算回路317へと出力する。 The brightness / contrast adjustment circuit 316 receives the non-linear luminance signal from the γ correction circuit 315. The brightness / contrast adjustment circuit 316 performs brightness / contrast adjustment on the non-linear luminance signal. The brightness / contrast adjustment circuit 316 outputs the processed non-linear luminance signal to the contour suppression / addition circuit 317.
輪郭抑圧/加算回路317は、輪郭補正回路313から輪郭信号を受け取り、ブライトネス/コントラスト調整回路316からノンリニア輝度信号を受け取る。輪郭抑圧/加算回路317は、輪郭信号を用いて、ノンリニア輝度信号に高/低輝度における輪郭抑圧/加算を施す。輪郭抑圧/加算回路317は、処理済みのノンリニア輝度信号を、図示されない後段の装置(例えば、表示装置、記録装置、通信装置など)へと出力する。 The contour suppression / addition circuit 317 receives a contour signal from the contour correction circuit 313 and receives a non-linear luminance signal from the brightness / contrast adjustment circuit 316. The contour suppression / addition circuit 317 performs contour suppression / addition at high / low luminance on the non-linear luminance signal using the contour signal. The contour suppression / addition circuit 317 outputs the processed non-linear luminance signal to a subsequent device (for example, a display device, a recording device, a communication device, etc.) not shown.
輝度帯域制限回路318は、例えば空間LPFであって、ノンリニア輝度信号の帯域を制限する。出力テスト画像発生回路319は、テスト用の出力画像を発生する。 The luminance band limiting circuit 318 is a space LPF, for example, and limits the band of the non-linear luminance signal. The output test image generation circuit 319 generates a test output image.
以上説明したように、第3の実施形態に係る撮像/画像処理装置は、リニア輝度信号に入出力1:1の多ビット化リニア/ノンリニア変換を適用し、ノンリニア輝度信号にノンリニアデジタルゲインを乗算する。故に、撮像/画像処理装置は、リニア輝度信号にデジタルゲインを乗算する場合に比べて、小さなデジタルゲインを用いて同等にダイナミックレンジを拡大することができる。従って、この撮像/画像処理装置によれば、高ダイナミックレンジ化に伴うSNRの劣化を抑制することができる。さらに、撮像/画像処理装置がノンリニア輝度信号を用いてキズ補正/ノイズ低減処理を行う点もSNRの向上に寄与している。さらに、撮像/画像処理装置は、ノンリニア輝度信号を用いて高精度な輪郭抽出を行うので解像感を向上させる効果もある。 As described above, the imaging / image processing apparatus according to the third embodiment applies the multi-bit / linear conversion of input / output 1: 1 to the linear luminance signal and multiplies the nonlinear luminance signal by the nonlinear digital gain. To do. Therefore, the imaging / image processing apparatus can expand the dynamic range equally by using a small digital gain as compared to the case where the linear gain signal is multiplied by the digital gain. Therefore, according to this imaging / image processing apparatus, it is possible to suppress the degradation of SNR accompanying the increase in the dynamic range. Furthermore, the point that the imaging / image processing apparatus performs defect correction / noise reduction processing using the non-linear luminance signal also contributes to the improvement of SNR. Furthermore, since the imaging / image processing apparatus performs highly accurate contour extraction using the non-linear luminance signal, there is also an effect of improving the sense of resolution.
また、この撮像/画像処理装置は、ノンリニア輝度信号を一旦リニア輝度信号に逆変換してから再びリニア/ノンリニア変換するが、このリニア/ノンリニア変換(またはノンリニア/ノンリニア変換)の入出力特性は書き換え可能である。故に、撮像/画像処理装置は多用途に適応可能である。 In addition, this imaging / image processing apparatus once converts a non-linear luminance signal back to a linear luminance signal and then performs linear / non-linear conversion again. The input / output characteristics of this linear / non-linear conversion (or non-linear / non-linear conversion) are rewritten. Is possible. Therefore, the imaging / image processing apparatus can be applied to various applications.
上記各実施形態において説明された種々の機能部は、回路を用いることで実現されてもよい。回路は、特定の機能を実現する専用回路であってもよいし、プロセッサのような汎用回路であってもよい。 The various functional units described in the above embodiments may be realized by using a circuit. The circuit may be a dedicated circuit that realizes a specific function, or may be a general-purpose circuit such as a processor.
上記各実施形態の処理の少なくとも一部は、汎用のコンピュータを基本ハードウェアとして用いることでも実現可能である。上記処理を実現するプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納して提供されてもよい。プログラムは、インストール可能な形式のファイルまたは実行可能な形式のファイルとして記録媒体に記憶される。記録媒体としては、磁気ディスク、光ディスク(CD−ROM、CD−R、DVD等)、光磁気ディスク(MO等)、半導体メモリなどである。記録媒体は、プログラムを記憶でき、かつ、コンピュータが読み取り可能であれば、何れであってもよい。また、上記処理を実現するプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ(サーバ)上に格納し、ネットワーク経由でコンピュータ(クライアント)にダウンロードさせてもよい。 At least a part of the processing of each of the above embodiments can also be realized by using a general-purpose computer as basic hardware. A program for realizing the above processing may be provided by being stored in a computer-readable recording medium. The program is stored in the recording medium as an installable file or an executable file. Examples of the recording medium include a magnetic disk, an optical disk (CD-ROM, CD-R, DVD, etc.), a magneto-optical disk (MO, etc.), and a semiconductor memory. The recording medium may be any recording medium as long as it can store the program and can be read by the computer. The program for realizing the above processing may be stored on a computer (server) connected to a network such as the Internet and downloaded to the computer (client) via the network.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10,100,300・・・カメラモジュール
20・・・ISPコア
21,110,200・・・ISP前処理部
22,120,310・・・ISP後処理部
101,301・・・光学レンズ
102・・・色フィルタ
103,302・・・受光画素
104,303・・・ADC
105,304・・・ロジック信号処理部
111・・・黒レベル調整回路
112,211,221・・・リニアデジタルゲイン回路
113,212,222・・・プリγ補正回路
127,315・・・本γ補正回路
114,213,223・・・キズ補正/ノイズ低減処理回路
115,214,224・・・ノンリニアデジタルゲイン回路
116,232・・・HDR圧縮回路
117,233・・・入力テスト画像発生回路
118,234・・・自動露光制御回路
121,311・・・mライン同時化回路
122,312・・・輪郭抽出回路
123・・・輪郭補正/エッジ抽出回路
124・・・デモザイク(RGB同時化)回路
125,314・・・逆γ補正回路
126・・・リニアRGB処理(WB乗算,色補正)回路
128・・・YUVマトリクス回路
129・・・YUV処理回路
130・・・オートホワイトバランス回路
131・・・YUV帯域制限回路
132,319・・・出力テスト画像発生回路
133・・・RGB再マトリクス(YUV/RGB逆変換)回路
201・・・リニアHDR合成回路
231・・・ノンリニアHDR合成回路
202・・・信号分割回路
313・・・輪郭補正回路
316・・・ブライトネス/コントラスト調整回路
317・・・輪郭抑圧/加算回路
318・・・輝度帯域制限回路
10, 100, 300 ... Camera module 20 ... ISP core 21, 110, 200 ... ISP pre-processing unit 22, 120, 310 ... ISP post-processing unit 101, 301 ... Optical lens 102 ..Color filters 103, 302... Light receiving pixels 104, 303... ADC
105, 304 ... logic signal processing unit 111 ... black level adjustment circuit 112, 211, 221 ... linear digital gain circuit 113, 212, 222 ... pre-γ correction circuit 127, 315 ... main γ Correction circuit 114, 213, 223 ... Scratch correction / noise reduction processing circuit 115, 214, 224 ... Non-linear digital gain circuit 116, 232 ... HDR compression circuit 117, 233 ... Input test image generation circuit 118 , 234... Automatic exposure control circuit 121, 311... M-line synchronization circuit 122, 312... Contour extraction circuit 123 ... contour correction / edge extraction circuit 124 .. demosaic (RGB synchronization) circuit 125, 314 ... Inverse γ correction circuit 126 ... Linear RGB processing (WB multiplication, color correction) circuit 128 YUV matrix circuit 129 ... YUV processing circuit 130 ... auto white balance circuit 131 ... YUV band limiting circuit 132,319 ... output test image generation circuit 133 ... RGB re-matrix (YUV / RGB inverse) Conversion) circuit 201... Linear HDR synthesizing circuit 231... Non-linear HDR synthesizing circuit 202... Signal dividing circuit 313... Contour correction circuit 316... Brightness / contrast adjustment circuit 317. Circuit 318 ... Luminance band limiting circuit
Claims (11)
前記第1のノンリニアRAW信号に基づく第2のノンリニアRAW信号に×0倍よりも大きなデジタルゲインを乗算し、第3のノンリニアRAW信号を得るノンリニアデジタルゲイン回路と、
前記第3のノンリニアRAW信号に基づく第1のノンリニア輝度信号またはノンリニアRGB信号に対して前記第1のリニア/ノンリニア変換の逆変換に相当するノンリニア/リニア変換を適用し、第1のリニア輝度信号またはリニアRGB信号を生成するノンリニア/リニア変換回路と
前記第1のリニア輝度信号またはリニアRGB信号に基づく第2のリニア輝度信号またはリニアRGB信号に対して第2のリニア/ノンリニア変換を適用し、第2のノンリニア輝度信号またはノンリニアRGB信号を生成する第2のリニア/ノンリニア変換回路と
を具備する、画像処理装置。 A first linear / nonlinear conversion with an input / output ratio of 1: 1 is applied to a second linear RAW signal based on the first linear RAW signal, and the first number having a larger number of bits than that of the second linear RAW signal. A first linear / nonlinear conversion circuit for generating a non-linear RAW signal;
A non-linear digital gain circuit that multiplies a second non-linear RAW signal based on the first non-linear RAW signal by a digital gain greater than x0 to obtain a third non-linear RAW signal;
Applying a non-linear / linear conversion equivalent to the inverse of the first linear / non-linear conversion to the first non-linear luminance signal or the non-linear RGB signal based on the third non-linear RAW signal, thereby providing a first linear luminance signal Or applying a second linear / nonlinear conversion to the non-linear / linear conversion circuit for generating a linear RGB signal and the second linear luminance signal or the linear RGB signal based on the first linear luminance signal or the linear RGB signal, An image processing apparatus comprising: a second linear / nonlinear conversion circuit that generates a second non-linear luminance signal or a non-linear RGB signal.
前記第1のリニアRGB信号にホワイトバランス調整およびリニアマトリクス色補正のうち少なくとも1つを施して前記第2のリニアRGB信号を生成する第1の処理回路と
をさらに具備する、
請求項1に記載の画像処理装置。 A demosaicing circuit that generates a first non-linear RGB signal by demosaicing a fifth non-linear RAW signal based on the third non-linear RAW signal;
A first processing circuit that performs at least one of white balance adjustment and linear matrix color correction on the first linear RGB signal to generate the second linear RGB signal;
The image processing apparatus according to claim 1.
請求項1に記載の画像処理装置。 The input / output characteristics of the second linear / nonlinear conversion can be rewritten.
The image processing apparatus according to claim 1.
前記ノンリニア/リニア変換の入出力特性は固定である、
請求項1に記載の画像処理装置。 The input / output characteristics of the first linear / nonlinear conversion are fixed,
The input / output characteristics of the non-linear / linear conversion are fixed,
The image processing apparatus according to claim 1.
前記デモザイク回路は、前記圧縮回路とは別のチップに組み込まれている、
請求項2に記載の画像処理装置。 A compression circuit for compressing a dynamic range of the third nonlinear RAW signal and generating a fourth nonlinear RAW signal;
The demosaic circuit is incorporated in a chip different from the compression circuit.
The image processing apparatus according to claim 2.
前記第1の処理回路は、前記第1のリニアRGB信号に少なくともメインホワイトバランス調整を施して前記第2のリニアRGB信号を生成する、
請求項2に記載の画像処理装置。 A linear digital gain circuit that obtains the second linear RAW signal by multiplying the first linear RAW signal by a digital gain for preset white balance adjustment;
The first processing circuit performs at least main white balance adjustment on the first linear RGB signal to generate the second linear RGB signal.
The image processing apparatus according to claim 2.
前記第1のノンリニアRAW信号に基づく第2のノンリニアRAW信号に×0倍よりも大きなデジタルゲインを乗算し、第3のノンリニアRAW信号を得るノンリニアデジタルゲイン回路と、
前記第3のノンリニアRAW信号に基づく第1のノンリニア輝度信号に対してノンリニア/ノンリニア変換を適用し、第2のノンリニア輝度信号を生成するノンリニア/ノンリニア変換回路と
を具備する、白黒画像処理装置。 A first linear RAW signal having a number of bits larger than that of the second linear RAW signal by applying linear / non-linear conversion of input / output 1: 1 to the second linear RAW signal based on the first linear RAW signal. A linear / non-linear conversion circuit that generates
A non-linear digital gain circuit that multiplies a second non-linear RAW signal based on the first non-linear RAW signal by a digital gain greater than x0 to obtain a third non-linear RAW signal;
A monochrome image processing apparatus, comprising: a non-linear / non-linear conversion circuit that applies a non-linear / non-linear conversion to the first non-linear luminance signal based on the third non-linear RAW signal to generate a second non-linear luminance signal.
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