JP2018182622A - 撮像装置、その制御方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】撮像素子をシフトして撮像された複数のRAW画像に対して、記録データ量を低減することが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】R、G、Bの色成分で構成されるベイヤー配列の撮像素子を順次シフトさせて複数のRAW画像データを取得する撮像手段と、複数のRAW画像データのうちの少なくとも1つにおいて、ベイヤー配列に対応する2つのG成分の信号の少なくとも1つを削減する削減手段と、削減手段によって信号の削減された複数のRAW画像データを記録媒体に記録する記録手段と、を有し、削減手段は、ベイヤー配列に対応する2つのG成分の信号のうち、R成分及びB成分に対して所定の位置関係にある第1のG成分の信号を少なくとも削減する。【選択図】図1

Description

本発明は、撮像装置、その制御方法、プログラム及び記録媒体に関する。
近年、デジタルカメラやデジタルカムコーダーなどの撮像装置では、撮像素子から出力された直後の現像未処理の撮像データ(RAW画像)を記録媒体に記録可能なものが知られている。RAW画像は、現像処理が施されておらず、撮像素子から出力された信号の豊富な色階調数を保ったまま記録されるため、ユーザは撮像後により所望な画像を生成することができるという特徴がある。
このようなRAW画像を複数撮像して利用することにより、より高品位な1枚の画像を生成する技術が知られている。特許文献1は、複数の露光(撮像)によって得られる複数のRAW画像を用いて多重合成を行う際に、撮像したRAW画像に対応する収差情報と多重合成に用いることを示すヘッダと当該RAW画像とを、1つのファイルとして記録する技術を開示している。
特開2012−15967号公報
また、複数撮像されたRAW画像を用いて、より高品位な画像を生成する技術として、撮像素子をシフトしながら撮像した複数のRAW画像を合成して、より高精細な画像を生成する超解像技術が知られている。
このような超解像技術を用いる際には、RAW画像のデータ量が圧縮された画像と比べて大きいため、特許文献1のように複数のRAW画像のデータをそのまま同時に記録媒体に記録すると、記録媒体の空き領域を圧迫してしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、撮像素子をシフトして撮像された複数のRAW画像に対して、記録データ量を低減することが可能な技術を実現することである。
この課題を解決するため、例えば本発明の撮像装置は以下の構成を備える。すなわち、R、G、Bの色成分で構成されるベイヤー配列の撮像素子を順次シフトさせて複数のRAW画像データを取得する撮像手段と、複数のRAW画像データのうちの少なくとも1つにおいて、ベイヤー配列に対応する2つのG成分の信号の少なくとも1つを削減する削減手段と、削減手段によって信号の削減された複数のRAW画像データを記録媒体に記録する記録手段と、を有し、削減手段は、ベイヤー配列に対応する2つのG成分の信号のうち、R成分及びB成分に対して所定の位置関係にある第1のG成分の信号を少なくとも削減する、ことを特徴とする。
本発明によれば、撮像素子をシフトして撮像された複数のRAW画像に対して、記録データ量を低減することが可能になる。
本発明に係る実施形態における撮像装置の一例としてのデジタルカメラ100の機能構成例を示すブロック図 実施形態1に係る、ベイヤー配列に対応するRAW画像を構成する信号の例を示す図 実施形態1に係る撮像部102におけるRAW画像の取得方法を説明する図 実施形態1に係る記録処理の一連の動作を示すフローチャート 実施形態1に係る基本的なG成分の破棄方法について説明する図 実施形態1に係るG成分の破棄方法について説明する図 実施形態1に係るファイル管理方法を説明する図 撮像したRAW画像について、動きの有無を検出するための基本的な方法を説明する図 実施形態2に係るG成分の破棄方法について説明する図 実施形態2に係るファイル管理情報を説明する図
(実施形態1)
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態の説明では、撮像装置の一例としてのデジタルカメラ100が、超解像技術を用いるために、1回の撮影で撮像素子を1画素ずつシフトしながら4枚のRAW画像を取得し、記録する場合を例に説明する。しかし、本実施形態は、デジタルカメラに限らず、撮像素子をシフトしながら複数のRAW画像を取得することが可能な任意の機器にも適用可能である。これらの機器には、例えばスマートフォンを含む携帯電話機、ゲーム機、タブレット端末、時計型や眼鏡型の情報端末、医療機器、監視カメラを含む監視システム、車載用システムなどが含まれてよい。
(デジタルカメラ100の構成)
図1は、本実施形態のデジタルカメラ100の機能構成例を示すブロック図である。なお、図1に示す機能ブロックの1つ以上は、ASICやプログラマブルロジックアレイ(PLA)などのハードウェアによって実現されてもよいし、CPUやMPU等のプログラマブルプロセッサがソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。また、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現されてもよい。従って、以下の説明において、異なる機能ブロックが動作主体として記載されている場合であっても、同じハードウェアが主体として実現されうる。
制御部101は、例えば、CPU(MPU)を含み、記録媒体105に記録されたプログラムをメモリ107に展開、実行してデジタルカメラ100の各ブロックを制御したり、各ブロック間でのデータ転送を制御したりする。制御部101は、内部に別途ROM及びRAMを備えて当該プログラムをROMから読み出してRAMに展開、実行してもよい。
撮像部102は、光学レンズ、絞り、フォーカス制御及びレンズ駆動部を含む光学ズームが可能なレンズ光学系と、光電変換素子を有する画素が複数、2次元的に配列された構成を有する撮像素子とを含む。撮像素子は、レンズ光学系により結像された被写体光学像を各画素で光電変換し、さらにA/D変換回路によってアナログ・デジタル変換して、画素単位のデジタル信号(すなわちRAW画像データ。単にRAW画像ともいう)を出力する。出力されたRAW画像はメモリI/F106を介してメモリ107に記憶される。撮像素子は、CCD(Charge-Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどであってよい。撮像素子は、例えば原色ベイヤー配列のカラーフィルタを有し、各画素には、R(赤)、G1/G2(緑)、B(青)の何れかのカラーフィルタが設けられている。このため、出力されるRAW画像は、図2に示すベイヤー配列に対応する信号で構成される。すなわち、RAW画像は、ベイヤー配列に対応する4つの色成分の信号を有する。本実施形態では、G1成分は、R成分に水平方向に隣接しかつB成分と垂直方向に隣接する位置関係にあり、G2成分は、R成分に垂直方向に隣接しかつB成分と水平方向に隣接する位置関係にあるものとする。また、撮像素子は、制御部101の制御に従って撮像素子の位置を光軸に対して順次シフトさせることが可能な構成を有する。
データ削減部103は、メモリ107に記憶されているRAW画像を読み出し、フルカラー表現に不要なG成分を破棄してメモリ107に書き戻す。なお、G成分の破棄する処理についての詳細は後述する。
記録処理部104は、メモリ107へ格納されたG成分の削減されたRAW画像等の各種データを、記録媒体105へ記録する。記録媒体105は、大容量のランダムアクセス可能な、例えば不揮発性メモリで構成される記録メディアである。不図示の装着、排出機構により、デジタルカメラ100に対してユーザが容易に装着し、また、取り外すことが可能になってもよい。
メモリI/F106は、各処理部からのメモリ・アクセス要求を調停し、メモリ107に対する読み出し・書き込み制御を行う。メモリ107は、例えばSDRAMなどの揮発性メモリである。メモリ107は、上述の画像データ、音声データ等の各種のデータ、或いは、デジタルカメラ100を構成する各処理部から出力される各種データを格納するため記憶領域を提供する。
(RAW画像の取得)
次に、図3を参照して、撮像部102におけるRAW画像の取得方法について説明する。図3は、縦軸に示す時刻の経過(T0→T1→T2→T3)と共に、撮像部102内の撮像素子の位置を1画素ずつシフトして撮像するようすを示している。301は撮像素子を示し、302は有効画素領域として画素の信号が読み出される、画素読み出し領域を示す。画素読み出し領域の画素から読み出された画像信号は、右側に示すRAW画像として出力される。
まず、時刻T0では、画素の読み出し開始位置(すなわち画素読み出し領域302の左上隅)をR画素として撮像する。時刻T1では、撮像素子301を右に1画素シフトすることにより、画素の読み出し開始位置をG1画素として撮像する。時刻T2では、時刻T1の位置から更に撮像素子301を下に1画素シフトすることにより、画素の読み出し開始位置をB画素として撮像する。最後に時刻T3では、時刻T2の位置から更に撮像素子301を左に1画素シフトすることにより、画素の読み出し位置をG2画素として撮像する。
このように撮像素子をシフトして4回撮像することで、1つの画素位置のR、G1、G2、Bの4色を取得する。本来、RAW画像からフルカラーの画像を得るためには、1枚のRAW画像において各画素の信号と隣接する画素の信号とを用いてデモザイクと呼ばれる画素の補間処理を行うが、デモザイクは一般的にモアレや偽色が発生する原因となる。一方、4回の撮像によりフルカラーの画像を得ることができる超解像は、デモザイク処理に起因するモアレや偽色のない高精細な画像を得ることができる。
(記録処理に係る一連の動作)
次に、図4を参照して、記録処理に係る一連の動作を説明する。なお、この記録処理は、例えば、不図示の操作部材であるシャッターボタンが全押しされた場合に開始される。また、本処理は、制御部101が記録媒体105に記録されたプログラムをメモリ107の作業用領域に展開、実行すると共に、撮像部102やデータ削減部103等の各部を制御することにより実現される。
S401では、撮像部102は、制御部101からの撮像指示に応じて、RAW画像を取得する。このとき、撮像部102は、例えば制御部101から供給される撮像素子をシフトするための制御量(シフトする量および方向)に応じて、図3に示したように撮像素子の位置をシフトさせたうえで撮像を行う。取得されたRAW画像は、メモリI/F106を介してメモリ107に格納される。
S402では、制御部101は、全ての(この例では4枚の)RAW画像の取得を完了したかを判定する。制御部101は、例えば撮像をカウントするカウンタ等により4枚のRAW画像の取得を完了したと判定した場合、S403に処理を進め、完了していないと判定した場合はS401に処理を戻す。
S403では、データ削減部103は、メモリ107に記憶されているRAW画像を読み出し、以下に詳述するデータ削減処理(すなわちフルカラー表現に不要なG成分を破棄する処理)を行う。その後、データ削減部103は、データ量を削減した画像データを再びメモリ107に書き戻す。
ここで、図5を参照して、基本的なG成分の破棄方法について説明する。図5(a)は、撮像素子をシフトさせながら4回撮像して得られる元画像(4フレームの画像)を示しており、図5(b)は、図5(a)に示す元画像に対してG1画素を破棄した画像を示している。一方、図5(c)は、図5(a)に示す元画像に対してG2成分の信号を破棄した画像を示している。このデータ削減処理では、G1及びG2のように重複する色成分の信号の一方を削減したデータを記録するようしても、4枚の画像を用いてRGBのフルカラーの画像を構成できるようにしている。このように全てのフレームのG1成分あるいはG2成分の信号を破棄することで、フルカラー表現を可能としつつ、元画像に対してデータ量を25%削減することができる。
一方、動きのある被写体を撮像する場合など、時間を近接させて撮像した4枚のRAW画像の間の相関が低くなるときは、超解像処理によって生成される画像を良好な画質で得られないことがある。すなわち、上記図5(b)、図5(c)のようにデータを削減した場合、デモザイク処理では、全てのフレームがベイヤー配列の元画像に比べてG1成分、G2成分の信号が不足した画像を用いた処理を行うことになる。つまり、G成分が補間精度の低いデモザイク処理を行うことになる。
そこで、デモザイク処理の補間精度を落とすことなく、データを削減するG成分の破棄方法を図6に示す。図6(a)は、3枚目と4枚目のG1及びG2成分の信号を破棄した画像を示しており、図6(b)は、2枚目と3枚目のG1及びG2成分の信号を破棄した画像を示している。更に図6(c)は、1枚目と2枚目のG1及びG2成分の信号を破棄した画像を示し、図6(d)は、1枚目と4枚目のG1及びG2成分の信号を破棄した画像を示している。
このように、G1成分とG2成分とが同色成分であることを利用して、4枚の画像のうちの2枚の画像においてこれらの成分の画素の信号を破棄する。このようにすることで、図6(a)では1枚目と2枚目、図6(b)では1枚目と4枚目、図6(c)では3枚目と4枚目、図6(d)では2枚目と3枚目のRAW画像でベイヤー配列の画像を保持することが可能となる。また、図5のときと同様に元画像に対してデータ量を25%削減することができる。なお超解像処理を用いてフルカラー表現を行う際には、被写体の動きの影響を低減するために時間的な距離の短い(例えば連続して撮像された)画像を用いることが望ましい。そこで、ベイヤー配列が保持される画像(信号の削減されていない画像)の時間的な距離の近い図6(a)、図6(c)、図6(d)の方法を用いてG画素を破棄することが望ましい。
再び図4を参照して記録処理の動作について説明する。S404では、記録処理部104は制御部101の指示に応じて、S403でデータ量を削減した画像データをメモリ107から読み出して記録媒体105に記録する。このとき、記録処理部104は、記録対象となる4枚の画像データそれぞれの画像情報をファイル管理情報として記録する。制御部101は、画像データの記録が終了すると本記録処理の一連の動作を終了する。
ここで、本実施形態に係る、データ量を削減した画像データを記録する際のファイル管理方法の一例について、図7を参照して説明する。図7(a)は画像データを記録媒体105に記録する際のファイル管理方法の一例を示しており、図7(b)は、ファイル管理情報の一例を示している。図7(a)の例では、ファイル管理情報701は、S403で生成された画像ファイルとは別に保持される。そして、図7(b)に示すように、ファイル管理情報701において、各画像ファイルは、フルカラー画像を生成することができる複数のRAW画像がグループ化されて管理される。例えば、グループ001には、画像ファイル0001.raw、0002.raw、0003.raw、0004.rawが属している。そして、グループ化された画像ファイルのそれぞれには、画像情報が関連付けられる。この画像情報は、G画素を破棄したかどうかを判別する識別子であり、記録方法の種別を表す。例えば、G成分を残した画像データを記録タイプA、G成分のいずれも破棄した画像データを記録タイプB、G1成分を破棄した画像データを記録タイプC、G2成分を破棄した画像データを記録タイプDとして区別して記録する。こうしたファイル管理情報を、データ量が削減された画像データとともに記録しておくことで、画像データのG成分の有無を容易に特定することができる。これらの画像データにデモザイク処理を施してフルカラー画像を得る際には、G成分を取得するために記録タイプAで記録された画像データを選択すればよい。以上のように、フレーム単位でG成分を破棄することで、デモザイクの補間精度を落とすことなく、フルカラー表現に不要なデータを削減することが可能である。
なお、本実施形態では、ファイル管理情報を画像データとは別に記録する例を説明したが、このファイル管理情報は画像ファイル内に、例えばメタデータとして記録されても良い。また、1回の撮影で4枚のRAW画像を撮像するものとして説明したが、フルカラー画像の生成可能な組み合わせを構成する限りこの枚数に限定されない。
以上説明したように本実施形態では、撮像素子をシフトさせて撮像した複数のRAW画像において、同色成分であるG1成分とG2成分との少なくともいずれかを破棄するようにした。このようにすることで複数のRAW画像に対して、記録データ量を低減することが可能な撮像装置を提供することが可能になる。特に、複数のRAW画像のうち、G1成分及びG2成分を破棄する特定のRAW画像と、当該G成分を破棄しないRAW画像とを設けるようにした。このようにすることで、動きのある被写体を撮像する場合であっても、デモザイク後の画質低下を防止することができ、かつ記録データ量を低減することができる。
(実施形態2)
次に実施形態2について説明する。実施形態1では、デモザイクによってフルカラー画像を得ることを前提に、フレーム単位でG成分を破棄することで記録データ量を削減する例を説明した。しかし、画像の領域ごとに被写体の動きの有無が異なる場合は、画像の領域ごとに超解像とデモザイクを選択してフルカラー画像を得られることが望ましい。そこで、本実施形態では、画像の領域ごとに超解像とデモザイクとを選択できるように、画像内の動きの有無を判定可能にするデータ削減方法について説明する。なお、本実施形態においてもユーザによる1回の撮影指示で撮像素子を1画素ずつ順次シフトしながら4枚のRAW画像を取得するものとして説明する。また、本実施形態のデジタルカメラ100の構成は、実施形態1と同一である。このため、同一の構成及び同一のステップについては同一の符号を付して重複する説明は省略し、相違点について重点的に説明する。
図8及び図9を参照して、画像内の動きの有無を判定可能にするデータ削減方法について説明する。上述したように、一般的に、超解像処理ではフレーム間の時間的相関が低い場合に良好な画質が得られない。このため、フレーム間の動きがない場合は超解像を用いてフルカラー画像を生成し、動きがある場合はデモザイクを用いてフルカラー画像を生成できることが望ましく、このような判定を可能にするためにフレーム間の動きを検出できることが必要になる。
図8は、撮像素子をシフトさせて撮像したRAW画像について、動きの有無を検出するための基本的な方法を示している。同一位置にあるG画素同士で差分値を算出(図8の例では、位置801のG成分同士で差分値を算出、あるいは位置802のG成分同士で差分値を算出)することで動きの有無を検出することができる。すなわち、この差分値が所定の閾値より小さい場合は動きなし、差分値が所定の閾値以上に大きい場合は動きありと判定することができる。しかしながら、RAW画像に対して実施形態1に示したG成分の破棄処理を施している場合、同一位置にG成分が存在せず差分を算出することができない場合がある。
そこで、動きの有無を検出可能なG成分の破棄方法を図9に示す。図9(a)は、3枚目のRAW画像のG1成分を破棄するとともに、4枚目のRAW画像のG1及びG2成分を破棄したRAW画像を示している。図9(b)は、3枚目のG2成分を破棄、4枚目のG1及びG2成分を破棄した画像である。図9(a)は、実施形態1において図6(a)に示したデータ削減方法に対して、3枚目のG2成分を破棄せず残している。これにより、1枚目のG1成分と3枚目のG2成分とで差分を算出して動きの有無を検出することが可能となる。また、図9(b)においても同様で、1枚目のG2成分と3枚目のG1成分とで差分を算出して動きの有無を検出することが可能となる。
このようにフルカラー表現に必要なデータと差分算出用のデータを残してG成分を破棄することで、元画像に対してデータ量を約19%削減することができる。なお、本実施形態では、4枚目のフレームのG成分を全て破棄し、3枚目のフレームのG1成分あるいはG2成分どちらかを破棄するものとして説明した。しかし、G成分を全て残すフレームが2枚、G成分を全て破棄するフレームとG1成分あるいはG2成分どちらかを破棄するフレームがそれぞれ1枚ずつあれば良く、G成分の破棄方法はこれに限定されない。
なお、本実施形態で説明したデータ削減方法には、実施形態1で説明したファイル管理方法を用いることができる。図10は、本実施形態における削減方法を適用した場合のファイル管理情報701の例を示している。上述したように、本実施形態では、動きの有無の判定を可能にするために4枚の画像のうちG1成分あるいはG2成分のどちらかを残したフレームを少なくとも1枚残す。このため、ファイル管理情報701には、記録タイプA(G成分有り)、記録タイプB(G成分無し)、記録タイプC(G1成分無し)あるいは記録タイプD(G2成分無し)の4種類の記録方法の種別が各グループに含まれることになる。
以上説明したように、1つのフレームのG1及びG2成分を破棄することに加えて、G1成分あるいはG2成分のどちらかを残したフレームを少なくとも1枚残しておくようにした。このようにすることで、画像の領域ごとに動きの有無を検出することができ、最適なフルカラー画像生成方法を選択することが可能となる。
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
101…制御部、102…撮像部、103…データ削減部、107…メモリ

Claims (13)

  1. R、G、Bの色成分で構成されるベイヤー配列の撮像素子を順次シフトさせて複数のRAW画像データを取得する撮像手段と、
    前記複数のRAW画像データのうちの少なくとも1つにおいて、前記ベイヤー配列に対応する2つのG成分の信号の少なくとも1つを削減する削減手段と、
    前記削減手段によって信号の削減された複数のRAW画像データを記録媒体に記録する記録手段と、を有し、
    前記削減手段は、前記ベイヤー配列に対応する前記2つのG成分の信号のうち、R成分及びB成分に対して所定の位置関係にある第1のG成分の信号を少なくとも削減する、ことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記削減手段は、前記複数のRAW画像データの全てにおいて、前記第1のG成分の信号を削減する、ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記削減手段は、前記複数のRAW画像データのうちの第1のRAW画像データにおいて前記2つのG成分の信号を削減せず、前記複数のRAW画像データのうちの第2のRAW画像データにおいて前記2つのG成分の信号のいずれも削減する、ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  4. 前記削減手段は、前記第1のRAW画像データとして、前記複数のRAW画像データのうち連続して撮像された、少なくとも2つのRAW画像データを用いる、ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
  5. 前記削減手段は、前記複数のRAW画像データのうちの第3のRAW画像データにおいて前記第1のG成分の信号のみを削減する、ことを特徴とする請求項3又は4に記載の撮像装置。
  6. 前記信号の削減された複数のRAW画像データは、前記2つのG成分の信号が削減されていないRAW画像データと、前記第1のG成分の信号のみが削減されたRAW画像データとを用いて、被写体の動きの大きさを判定可能に構成される、ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
  7. 前記記録手段は、前記信号の削減された複数のRAW画像データを構成するRAW画像データのそれぞれに、前記2つのG成分の信号の削減方法を表す記録方法の種別を関連付ける、ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。
  8. 前記記録方法の種別を関連付けた情報を、前記信号の削減された複数のRAW画像データを構成するRAW画像データのそれぞれとは別に記録する、ことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
  9. 前記記録方法の種別を関連付けた情報を、前記信号の削減された複数のRAW画像データを構成するRAW画像データのそれぞれのメタデータとして記録する、ことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
  10. 前記撮像手段は、前記撮像素子を順次シフトさせて4つのRAW画像データを取得する、ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の撮像装置。
  11. R、G、Bの色成分で構成されるベイヤー配列の撮像素子を順次シフトさせて複数のRAW画像データを取得する撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、
    削減手段が、前記複数のRAW画像データのうちの少なくとも1つにおいて、前記ベイヤー配列に対応する2つのG成分の信号の少なくとも1つを削減する削減工程と、
    記録手段が、前記削減工程において信号の削減された複数のRAW画像データを記録媒体に記録する記録工程と、を有し、
    前記削減工程では、前記ベイヤー配列に対応する前記2つのG成分の信号のうち、R成分及びB成分に対して所定の位置関係にある第1のG成分の信号を少なくとも削減する、ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
  12. コンピュータを請求項1から10のいずれか1項に記載の撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。
  13. コンピュータを請求項1から10のいずれか1項に記載の撮像装置の各手段として機能させるためのプログラムを記録する記録媒体。
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