JP2019186763A - Image pickup apparatus and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像光学系の主面に対して撮像素子の受光面を傾けて撮影可能な撮像装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus capable of capturing an image by tilting a light receiving surface of an imaging element with respect to a main surface of an imaging optical system, and a control method therefor.
従来、一般のカメラにおいて複数の被写体を同時に撮影する際、それぞれの被写体までの距離が異なる場合には合焦位置がそれぞれ異なる。その場合、被写界深度を深くするために絞りを絞った広角撮影等により複数の被写体が被写界深度内に収まるようにすることができる。一方、シャインプルーフの原理を用いて、通常は平行である撮像素子の受光面と、撮像光学系の主面(レンズ主面)と、複数の被写体が存在する平面との3つが交わるように撮像素子を傾けることで、それぞれの被写体の焦点位置を合わせることが知られている。 Conventionally, when a plurality of subjects are photographed simultaneously with a general camera, the in-focus positions are different when the distances to the subjects are different. In that case, a plurality of subjects can be accommodated within the depth of field by wide-angle shooting with a narrowed aperture to increase the depth of field. On the other hand, using the Scheimpflug principle, imaging is performed so that the light receiving surface of the image sensor, which is normally parallel, the main surface (lens main surface) of the imaging optical system, and the plane on which a plurality of subjects exist intersect. It is known to adjust the focal position of each subject by tilting the element.
例えば、特許文献1には、上記原理を用いて、複数の被写体までのそれぞれの距離が異なる場合でも、それぞれの被写体に容易に焦点を合わせることが可能な撮像装置が開示されている。この原理を用いることで、監視カメラのような決まった画角を撮影するような場合に、画角内の広い範囲に対して焦点を合わせた被写体の画像を得ることができる。
For example,
一方で、撮像素子においては、隣接する画素同士で共有する電極に対する配置位置の違い等、ある程度の構造差を持つことが普通である。この構造差によって、特に斜め方向からの入射光に対して画素間の感度差が発生する。 On the other hand, an image sensor usually has some structural difference such as a difference in arrangement position with respect to electrodes shared by adjacent pixels. Due to this structural difference, a sensitivity difference between pixels occurs particularly with respect to incident light from an oblique direction.
撮像素子における周期的な画素配列、特にベイヤ配列を考えると、R画素と同じ行にあるG画素と、B画素と同じ行にあるG画素との感度差が原因となり、高周波パターンノイズが発生する場合がある。高周波パターンノイズが発生すると、画質の低下やデータ圧縮率の低下が発生するおそれがある。特に監視カメラにおいては、距離の異なる複数の被写体を撮影するに際し、撮像素子の受光面の傾斜角度によって被写体の検知精度が低下したり通信・保存データ量が増加したりすることは極力回避したい。 Considering a periodic pixel array, particularly a Bayer array, in the image sensor, a high frequency pattern noise is generated due to a sensitivity difference between the G pixel in the same row as the R pixel and the G pixel in the same row as the B pixel. There is a case. When high-frequency pattern noise occurs, there is a risk that image quality and data compression rate will decrease. In particular, in a surveillance camera, when photographing a plurality of subjects at different distances, it is desired to avoid as much as possible that the detection accuracy of the subject decreases or the amount of communication / stored data increases due to the inclination angle of the light receiving surface of the image sensor.
画素間の感度差を補正するために、補正テーブルを基にしたゲインを一部の画素に掛けることが考えられる。しかし、発生する感度差は撮像素子に対する光の入射角度によって変化するため、撮像素子の受光面と撮像光学系の主面とのなす角度が可変となる撮像装置では、適切な補正を行うために補正テーブルを角度ごとに複数持つ必要があった。 In order to correct the sensitivity difference between the pixels, it is conceivable to apply a gain based on the correction table to some pixels. However, since the sensitivity difference that occurs varies depending on the incident angle of light with respect to the image sensor, in an imaging device in which the angle formed by the light receiving surface of the image sensor and the main surface of the imaging optical system is variable, in order to perform appropriate correction It was necessary to have multiple correction tables for each angle.
本発明は、撮像素子の受光面の傾斜状態にかかわらず、同色の画素間の感度差に起因する画質やデータ圧縮率の低下を抑制することを目的とする。 An object of the present invention is to suppress a decrease in image quality and data compression rate caused by a difference in sensitivity between pixels of the same color regardless of the inclination state of a light receiving surface of an image sensor.
上記目的を達成するために本発明は、撮像光学系と、受光面を有し、画素が周期的に配列された撮像素子であって、前記撮像光学系の光軸と直交する平面に対する前記受光面の傾斜角度が可変である撮像素子と、前記撮像素子の前記受光面の傾斜角度に基づいて、前記撮像素子における置換対象の範囲を決定する決定手段と、前記撮像素子の各画素の出力信号を画像信号に変換する変換手段と、前記変換手段により画像信号に変換されるにあたって、前記決定手段により決定された置換対象の範囲の少なくとも一部の画素の出力信号を、その画素の周囲に隣接する少なくとも1つの同色画素の出力信号に基づく値で置換する置換手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an imaging optical system and an imaging device having a light receiving surface, in which pixels are periodically arranged, and the light receiving with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the imaging optical system. An image sensor having a variable surface tilt angle; a determination unit that determines a range to be replaced in the image sensor based on the tilt angle of the light receiving surface of the image sensor; and an output signal of each pixel of the image sensor A conversion means for converting the signal into an image signal and an output signal of at least a part of a pixel to be replaced determined by the determination means adjacent to the periphery of the pixel when the conversion means converts the image signal into an image signal. Replacement means for replacing with a value based on an output signal of at least one same-color pixel.
本発明によれば、撮像素子の受光面の傾斜状態にかかわらず、同色の画素間の感度差に起因する画質やデータ圧縮率の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in image quality and data compression ratio due to a difference in sensitivity between pixels of the same color regardless of the inclination state of the light receiving surface of the image sensor.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置の模式的な構成図である。この撮像装置は、例えば、デジタルカメラとして構成される。撮像光学系としてのレンズユニット100を通して集光された被写体像は、撮像素子200によって電気信号に変換された後、信号処理部300によって画像データ(映像信号)に変換されて出力される。レンズユニット100はフォーカスレンズを備え、また、ズームレンズや絞りユニットなどの構成を備えていても良い。レンズユニット100の構成は、図1に例示する形状や構成に限定されない。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. The imaging device is configured as a digital camera, for example. The subject image collected through the lens unit 100 as the imaging optical system is converted into an electrical signal by the
撮像素子200は、CCDセンサやCMOSセンサなどの半導体撮像素子及びその周辺回路を含む。撮像素子200を構成する画素は、可視光に高い感度を有している。撮像素子200は、可視光の範囲のうち赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかに高い感度を有した画素が規則的に並ぶ(周期的に配列される)構成をとっており、被写体からの光をカラー画像として取得できる。撮像素子200には、例えば一般的なカメラなどで用いられているベイヤ配列が採用される(図3、図6(a)、(b)参照)。このベイヤ配列では、G画素を2つ、R画素、B画素をそれぞれ1つずつとする4画素を一単位とした正方形パターン構成が規則的に並ぶ。最も感度の高いG画素が対角線上に配置されることで、被写体像を鮮明に撮影可能となる。
The
撮像素子200の受光面401の傾斜角度は可変に構成される。モータ201は、信号処理部300からの駆動信号により、撮像素子200の受光面401とレンズユニット100の光軸と直交する面(レンズ主面402)とが成す鋭角である傾斜角度θ(図4(b))を変更することができる。図1中には1つのモータしか図示していないが、複数のモータを用いて傾斜角度θを2次元的に変更できる構成としてもよい。
The inclination angle of the
図2は、信号処理部300のブロック図である。撮像素子200からの画素信号(出力信号)は信号処理部300に入力され、まずデータ変換部301によって画像処理に適した信号に変換される。その信号に対して、変換手段としての画像処理部302が補正処理や現像処理等による変換を行い、画像信号を得る。現像後の画像信号は通信制御部303によって外部へ画像データ(映像信号)として出力される。制御部310は、データ変換部301及び画像処理部302を制御するとともに、画素信号、画像信号を用いて被写体に応じた設定で撮影が行えるように、レンズユニット100、撮像素子200等を制御する。また、決められた設定や動作プログラムなどは不揮発性の記憶部304に記憶されており、制御部310はこれらを必要な場合に読み出す。画像処理部302はまた、得られた画像信号から被写体の存在する範囲を検出する被写体検出部を備えていても良い。制御部310は、レンズユニット100を制御するレンズ制御部311、撮像素子200を制御する撮像素子制御部312を含む。
FIG. 2 is a block diagram of the
図3で、ベイヤ配列の各画素間に感度差が発生する状況を説明する。図3(a)は、撮像素子200の一部を受光面401の正面からみた模式図である。図3(b)、(c)は、撮像素子200の一部の側面図である。電極配線202は、ベイヤ配列における4画素の一単位に関して対称となるように、R画素がある行とB画素がある行との境界に配置される。G1画素とG2画素は隣接して対角上に配置される。従って、一単位において、G画素が電極配線202を挟んで両側に配置される。
A situation in which a sensitivity difference occurs between each pixel in the Bayer array will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a schematic view of a part of the
斜めからの光が各画素に入射する場合を考える。図3(b)に示すように、図3(b)の上方向から入射する光の一部は電極配線202によって遮られるため、結果としてG1画素よりもG2画素への入射光量が少なくなる。一方、図3(c)に示すように、図3(c)の下方向から入射する光の一部は電極配線202によって遮られるため、結果としてG1画素の入射光量が少なくなる。このように、一方のG画素が他方のG画素に対して暗くなる。
Consider a case where light from an oblique direction enters each pixel. As shown in FIG. 3B, a part of the light incident from above in FIG. 3B is blocked by the
このようにベイヤ配列中に構造差がある場合には、斜め方向からの光に対して感度差が発生することがある。図3の構成では横方向の電極配線202によって、電極配線202を挟む両側の画素に感度差が発生する場合を例示した。なお、縦方向の電極配線202がある場合は、斜め横方向からの光に対して同様にG画素同士の感度差が発生し得る。なお、レンズからの光が斜めに入射する状況としては、F値の大きなレンズを使用した場合や、撮像素子が傾けられた場合などが考えられる。
Thus, when there is a structural difference in the Bayer array, a sensitivity difference may occur with respect to light from an oblique direction. In the configuration of FIG. 3, a case where a difference in sensitivity occurs between the pixels on both sides sandwiching the
隣接画素同士、特にG画素同士に感度差があると、デモザイキング後の各画素の輝度値に、1画素間隔程度の高周波パターンが発生し得る。JPGやH.264などの圧縮技術では隣接画素との相関が高いほど圧縮率が高くなるため、このような高周波パターンを持った画像は圧縮率が低くなり、結果として通信・保存データ量が増加してしまう。 If there is a sensitivity difference between adjacent pixels, particularly G pixels, a high-frequency pattern of about one pixel interval may be generated in the luminance value of each pixel after demosaicing. JPG and H.C. In a compression technique such as H.264, the higher the correlation with adjacent pixels, the higher the compression ratio. Therefore, an image having such a high-frequency pattern has a lower compression ratio, resulting in an increase in the amount of communication / stored data.
次に、シャインプルーフの原理を用いて、画角内の広い範囲に対して焦点を合わせて撮影する状況を考える。図4(a)は、距離の異なる2つの被写体(ここでは人物の顔を想定)を同時に撮影する様子を示す図である。図4(b)は、撮像装置が被写体を撮影する様子を示す側面図である。図4(c)は、撮影画像の一例を示す図である。ここでは、一例として、撮像対象が存在する平面である被写体面403が、地面または床面であるとする。なお、被写体面403が地面と平行な面であることは必須でない。レンズ主面402は、レンズユニット100の光軸に垂直な面である。
Next, consider a situation in which shooting is performed with a focus on a wide range within the angle of view using the principle of Scheinproof. FIG. 4A is a diagram illustrating a situation in which two subjects having different distances (here, a human face is assumed) are photographed simultaneously. FIG. 4B is a side view illustrating a state where the imaging device captures an image of a subject. FIG. 4C is a diagram illustrating an example of a captured image. Here, as an example, it is assumed that a subject surface 403 that is a plane on which an imaging target exists is the ground surface or the floor surface. It is not essential that the subject surface 403 is a surface parallel to the ground. The lens
被写体A、Bを同時に撮影するためには、被写体A、Bをレンズユニット100の画角内(点線で示した範囲)に収める必要がある。ここで、レンズ主面402を含む平面と被写体面403を含む平面とは1つの直線CLで交わるとする。すなわち、直線CLは、レンズ主面402を含む平面と被写体面403を含む平面とが交差することによって形成される仮想直線である。画角内の被写体面403の全てにおいて焦点の合った像を得るために、撮像素子200の受光面401を含む平面が直線CLを含むように、受光面401の傾斜角度θが設定される。
In order to photograph the subjects A and B at the same time, it is necessary to keep the subjects A and B within the angle of view of the lens unit 100 (a range indicated by a dotted line). Here, it is assumed that the plane including the lens
図4(b)の点線は、被写体A、Bの被写体像が撮像素子200に結像する位置を示している。図4(c)に示すように、被写体までの距離によって受光面401での結像位置が決まる。ここで、撮像素子200から被写体A、Bまでの距離をそれぞれ第1の距離L1、第2の距離L2とする。撮像素子200の設置高さ(被写体面403と撮像素子200との最短距離)を高さHとする。なお、撮像素子200の位置については、その重心位置または受光面401の中心位置で定義されるとする。第1の距離L1、第2の距離L2はそれぞれ、撮像範囲における撮像素子200から最近端までの距離、最遠端までの距離である。仮に、レンズユニット100の焦点距離が100mm、撮像素子200のサイズが24×36mm、高さHが2.5mであるとする。撮像素子200の傾斜角度θを約2.3°に設定すると、第1の距離L1が10m、第2の距離L2が66mとなる。すなわち、撮像素子200からおよそ10〜66mの範囲に対して焦点の合った像を受光面上に得ることができる。
A dotted line in FIG. 4B indicates a position where the subject images of the subjects A and B are formed on the
一般に、受光面とレンズ主面、さらに被写体面がそれぞれ傾いていると、受光面に入射する光は、受光面内の位置に応じて異なる傾きで入射することになる。特に図4(b)のように、撮像素子200の近傍にある被写体Aからの入射光は、遠方にある被写体Bからの入射光よりも傾いた入射光となる。そのため、近傍の被写体のほうがG画素同士の感度差の影響が強く出て、高周波パターンノイズの影響が大きくなる。そこで、本実施の形態では、信号処理部300は、第1の距離L1と第2の距離L2との間の第3の距離Lxを決定すると共に、第3の距離Lxから第1の距離L1までの範囲に対応する撮像素子200の画素範囲を、「置換範囲」として決定する。つまり信号処理部300は、第3の距離Lxよりも近側の被写体光が入射する撮像素子200の画素範囲を、画素信号を置換する対象とする置換対象の画素範囲として決定する。データ変換部301による画素置換の態様については後述する。
In general, when the light receiving surface, the lens main surface, and the subject surface are inclined, the light incident on the light receiving surface is incident with different inclinations depending on the position in the light receiving surface. In particular, as shown in FIG. 4B, the incident light from the subject A in the vicinity of the
ここで、被写体のサイズを考慮すると、近傍の被写体は画面上での大きさが遠方の被写体よりも大きく映るので、解像度を下げても被写体の認識精度には影響が少ない。そこで、例えば、近傍の被写体に対応する画素範囲に対してのみ、ベイヤ配列における一単位中の一方のG画素の値を他方のG画素の値を用いて置換すれば、隣接するG画素間の感度差は無くなる。従って、G画素同士の感度差に起因する高周波パターンを抑制可能となる。 Here, if the size of the subject is taken into consideration, the subject in the vicinity appears larger in size on the screen than the subject in the distance, and therefore the recognition accuracy of the subject is less affected even if the resolution is lowered. Therefore, for example, if the value of one G pixel in one unit in the Bayer array is replaced with the value of the other G pixel only for a pixel range corresponding to a nearby subject, the distance between adjacent G pixels The sensitivity difference disappears. Therefore, it is possible to suppress a high-frequency pattern caused by a sensitivity difference between G pixels.
隣接画素による置換処理を行う置換範囲に関しては、被写体の認識に必要な解像度(必要解像度)とサイズによって決定されることが望ましいが、これらに基づくことは必須でない。置換処理を行うことで解像度は約1/√2となるが、被写体サイズが√2倍になれば被写体の認識に対する影響がほぼ無くなる。被写体までの距離が近づけばその分、画面上の被写体サイズは大きくなるからである。例えば、画素置換を実行することで、約47m先(第3の距離Lx)の被写体サイズが、66m先(第2の距離L2)の被写体の約√2倍のサイズになるので、約47mよりも近い被写体が結像する範囲に対して置換処理を行うことが望ましい。具体的にはレンズの種類によって若干異なってくるものの、画素全体のうち、近傍側から9割程度の範囲の画素に対して置換処理を施したとしても、最遠方の被写体と同等以上の解像度を得ることが可能である。 The replacement range for performing the replacement process using the adjacent pixels is preferably determined based on the resolution (required resolution) and size necessary for object recognition, but it is not essential to be based on these. By performing the replacement process, the resolution is about 1 / √2, but when the subject size is doubled, the influence on the recognition of the subject is almost eliminated. This is because the subject size on the screen increases as the distance to the subject decreases. For example, by executing pixel replacement, the subject size about 47 m ahead (third distance Lx) becomes about √2 times the size of the subject 66 meters ahead (second distance L2). It is desirable to perform a replacement process on a range where a close subject forms an image. Specifically, although it varies slightly depending on the type of lens, even if replacement processing is performed on pixels in the range of about 90% from the vicinity of the entire pixel, the resolution is equal to or higher than that of the farthest subject. It is possible to obtain.
図5は、画像信号生成処理のフローチャートである。この処理は、記憶部304に記憶されている制御プログラムを、制御部310に備わるCPUが、制御部310に備わるRAMに読み出して実行することにより実現される。
FIG. 5 is a flowchart of the image signal generation process. This process is realized by the CPU provided in the
監視カメラのように撮像装置を固定して撮影する場合を考えると、撮影範囲、及び被写体までの距離は、撮像装置を固定した時点で決まる。そこで、ユーザ(設置者)は、予め撮像装置の記憶部304にレンズユニット100の焦点距離と撮像素子200のサイズを記憶させる。図5の処理は、撮像装置を設置固定する際の撮像装置の動作シーケンスに該当する。
Considering the case of shooting with an imaging device fixed like a surveillance camera, the shooting range and the distance to the subject are determined when the imaging device is fixed. Therefore, the user (installer) stores the focal length of the lens unit 100 and the size of the
ステップS501では、制御部310は、撮像装置を固定した際にユーザにより入力された条件を記憶部304に記憶させる。この条件には、撮像装置の固定状態情報(被写体面からの高さH、撮影範囲における距離L1、L2)と被写体情報(サイズ、必要解像度)とが含まれる。置換範囲を決定する上で、この被写体情報は必須でない。
In step S501, the
ステップS502では、制御部310は、記憶部304に記憶された条件に基づいて、撮像素子200をレンズ主面402に対して傾ける角度を求め、それを傾斜角度θとして設定する。図4(b)で説明したように、制御部310は、高さH、距離L1、L2に基づいて、撮像素子200の受光面401を含む平面が直線CLを含むように、傾斜角度θを算出・設定する。なお、高さHを一定として受光面401を含む平面が直線CLを含むようにする場合、傾斜角度θが決まれば距離L1、L2が決まり、距離L1、L2が決まれば傾斜角度θが決まるという関係にある。
In step S <b> 502, the
ステップS503では、制御部310は、モータ制御部313を用いてモータ201を制御し、設定された傾斜角度θとなるまで撮像素子200を傾ける。ステップS504では、決定手段としての制御部310は、上記条件に基づいて、第3の距離Lxを求めると共に、第3の距離Lxから第1の距離L1までの範囲に対応する撮像素子200の画素範囲を、置換範囲として決定する。第3の距離Lxの決定手法の一例として、L2=10m、L3=66mであるとすると、制御部310は、第2の距離L2の1/√2倍の距離を第3の距離Lxとして算出する。すなわち、Lx=L2×(1/√2)により、第3の距離Lxは約47mと算出される。この場合、10m〜47mの範囲に対応する撮像素子200の画素範囲が置換範囲として決定される。また、L2=10m、L3=38mであるとすると、Lx=L2×(1/√2)により、第3の距離Lxは約27mと算出される。この場合、10m〜27mの範囲に対応する撮像素子200の画素範囲が置換範囲として決定される。なお、第3の距離Lxを求めるのに演算式を用いることは必須でなく、例えば、テーブル等を用いてもよい。
In step S503, the
ここで、最遠端における、設計上可能な最大の解像度を「最大可能解像度」と呼ぶ。必要解像度は最遠端における解像度で定義されるとする。必要解像度はユーザからの指定に基づき設定される。制御部310は、ユーザが指定しようとする必要解像度が最大可能解像度を超える場合は、最大可能解像度を必要解像度として設定する。第3の距離Lxの算出に際し、制御部310は、必要解像度が設定されていない場合や、必要解像度が最大可能解像度に設定されている場合は、上記した例のように、Lx=L2×(1/√2)により、第3の距離Lxを算出する。一方、必要解像度が最大可能解像度より低い値に設定されている場合は、制御部310は、必要解像度に基づき(必要解像度を満たす範囲となるように)第3の距離Lxを算出する。例えば、必要解像度が最大可能解像度の90%に設定されたとする。この場合、L2=10m、L3=66mであるとすると、Lx=L2×(1/√2)×0.9により、第3の距離Lxは約52mと算出される。すなわち、制御部310は、第2の距離L2の1/√2倍の距離に、最大可能解像度に対する必要解像度の割合を乗算することで、第3の距離Lxとして算出する。この場合、10m〜52mの範囲に対応する撮像素子200の画素範囲が置換範囲として決定される。必要解像度に基づき置換範囲を決定することで、どの位置の被写体であっても、所望する最低限の解像度が確保される。
Here, the maximum designable resolution at the farthest end is referred to as “maximum possible resolution”. The required resolution is defined by the resolution at the farthest end. The necessary resolution is set based on designation from the user. When the necessary resolution to be specified by the user exceeds the maximum possible resolution, the
次に、ステップS505では、制御部310は、ステップS502で設定された傾斜角度θ及びステップS504で算出された置換範囲を示す情報を記憶部304に記憶する。ステップS506以降は撮影時の動作シーケンスである。なお、ステップS505の後、一旦処理を終了し、その後、撮影開始のタイミングが来たら、ステップS506からの処理を開始してもよい。ステップS505で記憶された情報は、後で撮影を開始する際に利用可能である。なお、撮像素子200の傾斜を一旦初期位置に戻してもよく、その場合の撮影開始時には、記憶部304に記憶された傾斜角度θに基づき、撮像素子200の傾け動作を行っても良い。
Next, in step S505, the
ステップS506では、制御部310は、ステップS505で記憶された情報を読み出し、データ変換部301を用いて置換範囲における画素に対して置換処理を実行する(図6(a)、(b)で後述)。ステップS507では、制御部310は、撮像素子200から得られた画素信号(置換された画素の信号は置換後の信号)に対し、画像処理部302によって画像処理を実施し、画像信号に変換する。その後、制御部310は、図5の処理を終了する。
In step S506, the
図6(a)、(b)は、画素置換の態様例を示す図である。まず、第1の例として、制御部310は、置換範囲の少なくとも一部の画素の出力信号を、その画素の周囲に隣接する少なくとも1つの同色画素の出力信号に基づく値で置換する。例えば、図6(a)に示すように、制御部310は、G2画素601の画素信号を、その左上に隣接するG1画素602の画素信号で置換し、G1画素602の画素信号は置換せずそのまま用いる。制御部310は、置換範囲における全てのG2画素601に対して同様の置換処理を施す。あるいは、制御部310は、置換する画素に対して隣接する複数の画素の出力信号の加算平均で、置換する画素の出力信号を置換する。例えば、図6(b)に示すように、G2画素601の画素信号を、それの斜め上下に隣接するG1画素602の画素信号を加算平均した値で置換する。なお、置換の態様はこれら例示に限定されない。
6A and 6B are diagrams illustrating an example of pixel replacement. First, as a first example, the
なお、データ変換部301の構成としては、Flexible Programmable Grid Array (FPGA)などが採用され、指定された範囲に相当する信号のみが置換される。
As a configuration of the
本実施の形態によれば、受光面の傾斜角度が可変である撮像素子200を備える撮像装置において、制御部310は、撮像素子200からの画素信号が画像信号に変換されるにあたって、置換対象の範囲の少なくとも一部の画素の出力信号を置換する。すなわち、制御部310は、レンズ主面402に対して成す受光面401の傾斜角度θに基づいて置換範囲を決定し、置換範囲の少なくとも一部の画素の出力信号を、その画素の周囲に隣接する少なくとも1つの同色画素の出力信号に基づく値で置換する。これにより、撮像素子の受光面の傾斜状態にかかわらず、同色の画素間の感度差に起因する画質やデータ圧縮率の低下を抑制することができる。従って、被写体の検知精度の低下や通信・保存データ量の増加を招くことなく、複数の距離の異なる被写体を適切な焦点で撮影可能にすることができる。また、補正テーブルを傾斜角度ごとに複数持つ必要がないので、構成の複雑化を回避できる。
According to the present embodiment, in the imaging apparatus including the
(第2の実施の形態)
被写体がそもそも高周波パターンを持っている場合、置換処理によって解像度が損なわれる場合も考えられる。そこで、本発明の第2の実施の形態では、置換前後の画素信号の値を比較し、比較結果がある閾値を超える場合は被写体の高周波パターンが存在すると判断して置換処理を反映させないようにする。
(Second Embodiment)
If the subject has a high-frequency pattern in the first place, the resolution may be impaired by the replacement process. Therefore, in the second embodiment of the present invention, pixel signal values before and after replacement are compared, and if the comparison result exceeds a certain threshold, it is determined that a high-frequency pattern of the subject exists and the replacement process is not reflected. To do.
図7は、第2の実施の形態における画像信号生成処理のフローチャートである。この処理は、記憶部304に記憶されている制御プログラムを、制御部310に備わるCPUが、制御部310に備わるRAMに読み出して実行することにより実現される。画像信号生成処理以外の構成は第1の実施の形態と同様である。記憶部304には、予め閾値が記憶されている。
FIG. 7 is a flowchart of image signal generation processing in the second embodiment. This process is realized by the CPU provided in the
ステップS501〜S505の処理は図5で説明したのと同じである。ステップS505の後、制御部310は、ステップS702で、記憶部304から、置換範囲を示す情報と閾値とを読み出すと共に、その情報に基づき置換範囲を決定する。そしてステップS702では、制御部310は、データ変換部301を用いて、置換範囲における置換対象の画素のそれぞれについて、出力信号を置換した場合の値と置換しなかった場合の値とを比較し、比較結果として両者の差分または比を求める。この場合の置換は仮の置換処理である。さらに、制御部310は、求めた差分(または比)が閾値より大きいか否かを判別する。そして、差分(または比)が閾値より大きい場合は、制御部310は、被写体の高周波パターンが存在すると判断し、ステップS703で、置換処理を実行せずに、処理をステップS507に進める。この場合、画素信号が画像信号に変換されるにあたって置換処理が実行されない。一方、差分(または比)が閾値より大きくない場合は、制御部310は、処理をステップS506に進める。この場合、第1の実施の形態と同様に、画素信号が画像信号に変換されるにあたって置換処理が実行される。ステップS507の処理は図5で説明したのと同じである。
The processing in steps S501 to S505 is the same as that described in FIG. After step S505, in step S702, the
本実施の形態によれば、撮像素子の受光面の傾斜状態にかかわらず、同色の画素間の感度差に起因する画質やデータ圧縮率の低下を抑制することに関し、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。それだけでなく、被写体が高周波パターンを持つ場合にはそれを損なわずに撮影することが可能となる。 According to the present embodiment, regardless of the inclination state of the light receiving surface of the image sensor, with respect to suppressing a decrease in image quality and data compression rate due to sensitivity difference between pixels of the same color, the first embodiment and The same effect is produced. In addition, when the subject has a high-frequency pattern, it is possible to shoot without damaging it.
(第3の実施の形態)
図8は、本発明の第3の実施の形態に係る撮像装置の模式的な構成図である。第1、第2の実施の形態では、置換手段としてのデータ変換部301は信号処理部300に含まれた。これに対し、本実施の形態では、データ変換部301は、信号処理部300に含まれず撮像素子200の内部に含まれる。その他の構成は第1の実施の形態または第2の実施の形態と同様である。従って、画像信号生成処理(図5、図7)は、撮像素子200内のデータ変換部301と信号処理部300との協働により実現される。撮像素子200から得られた置換対象の範囲における画素信号は、信号処理部300へと転送される前に置換処理される。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, the
本実施の形態によれば、第1または第2の実施の形態と同様効果を奏することができる。 According to this embodiment, the same effects as those of the first or second embodiment can be obtained.
なお、上記各実施の形態においては、画素置換の機能をデータ変換部301が有していたが、信号処理部300の画像処理部302がソフトウェア処理により画素置換処理を実行するように構成してもよい。そのように構成する場合、信号処理部300内のデータ変換部301を廃止してもよい。
In each of the above embodiments, the
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。 Although the present invention has been described in detail based on the preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. A part of the above-described embodiments may be appropriately combined.
100 レンズユニット
200 撮像素子
301 データ変換部
302 画像処理部
310 制御部
401 受光面
402 レンズ主面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100
Claims (13)
受光面を有し、画素が周期的に配列された撮像素子であって、前記撮像光学系の光軸と直交する平面に対する前記受光面の傾斜角度が可変である撮像素子と、
前記撮像素子の前記受光面の傾斜角度に基づいて、前記撮像素子における置換対象の範囲を決定する決定手段と、
前記撮像素子の各画素の出力信号を画像信号に変換する変換手段と、
前記変換手段により画像信号に変換されるにあたって、前記決定手段により決定された置換対象の範囲の少なくとも一部の画素の出力信号を、その画素の周囲に隣接する少なくとも1つの同色画素の出力信号に基づく値で置換する置換手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 An imaging optical system;
An imaging device having a light receiving surface, in which pixels are periodically arranged, wherein an inclination angle of the light receiving surface with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the imaging optical system is variable;
Determining means for determining a range to be replaced in the image sensor based on an inclination angle of the light receiving surface of the image sensor;
Conversion means for converting an output signal of each pixel of the image sensor into an image signal;
In the conversion to the image signal by the conversion means, the output signal of at least a part of the pixel in the range to be replaced determined by the determination means is converted into the output signal of at least one same color pixel adjacent to the periphery of the pixel. An imaging apparatus comprising: a replacement unit that replaces with a based value.
前記決定手段は、前記第1の距離と前記第2の距離との間の第3の距離を決定すると共に、前記第3の距離から前記第1の距離までの範囲に対応する前記撮像素子の画素範囲を、前記置換対象の範囲として決定することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 When a range from a first distance from the image sensor to a second distance that is longer than the first distance is set as an image range, the tilt angle is calculated by using a plane on which the imaging target exists and the image sensor. Is set based on the shortest distance to the first distance, the first distance, and the second distance,
The determining unit determines a third distance between the first distance and the second distance, and also determines the range of the imaging element corresponding to a range from the third distance to the first distance. The imaging apparatus according to claim 2, wherein a pixel range is determined as the range to be replaced.
前記置換手段は前記信号処理部に含まれることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の撮像装置。 It has a signal processing unit that acquires the output signal of each pixel of the image sensor and includes the conversion unit,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the replacement unit is included in the signal processing unit.
前記置換手段の機能は、前記信号処理部におけるソフトウェア処理により実現されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の撮像装置。 A signal processing unit for obtaining an output signal of each pixel of the image sensor;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the function of the replacement unit is realized by software processing in the signal processing unit.
前記撮像素子の前記受光面の傾斜角度に基づいて、前記撮像素子における置換対象の範囲を決定し、
前記撮像素子の各画素の出力信号を画像信号に変換するにあたって、前記決定した置換対象の範囲の画素の少なくとも一部の出力信号を、その画素の周囲に隣接する少なくとも1つの同色画素の出力信号に基づく値で置換することを特徴とする撮像装置の制御方法。
An imaging optical system, and an imaging device having a light receiving surface, in which pixels are periodically arranged, wherein an inclination angle of the light receiving surface with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the imaging optical system is variable A method of controlling an imaging apparatus comprising:
Based on the inclination angle of the light receiving surface of the image sensor, determine the range of the replacement target in the image sensor,
In converting an output signal of each pixel of the image sensor into an image signal, an output signal of at least a part of the determined pixel to be replaced is output from at least one same color pixel adjacent to the periphery of the pixel. A method for controlling an imaging apparatus, wherein the value is replaced with a value based on
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