JP2020078044A - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、第2の光電変換層が第1の光を一部吸収するため、第2の光電変換層による光電変換によって得られた第3の光の信号には、第1の光の信号の成分が一部含まれている。しかし、第1の吸収補正部によって吸収補正された第3の光の信号の強度勾配情報を用いて第2の光の信号が補間されるため、第3の光の信号に含まれていた第1の光の信号の成分を除いた状態で、第2の光の信号を補間することができる。これにより、さらに高い精度で第2の光の信号の補間を行うことができる。
また、第2の光電変換層が第1の光を一部吸収するため、第2の光電変換層による光電変換によって得られた第3の光の信号には、第1の光の信号の成分が一部含まれている。しかし、第1の吸収補正ステップにおいて吸収補正された第3の光の信号の強度勾配情報を用いて第2の光の信号が補間されるため、第3の光の信号に含まれていた第1の光の信号の成分を除いた状態で、第2の光の信号を補間することができる。これにより、さらに高い精度で第2の光の信号の補間を行うことができる。
信号処理装置は、デジタルカメラ等の撮像装置において撮像により生成される信号、すなわち、撮像画像を示す信号を処理する装置である。また、信号処理装置は、撮像装置の撮像部を備えていてもよい。撮像部は、図1に示す光電変換部材としてのイメージセンサ(Image Sensor)を備えていてもよい。また、撮像部は、光学系のレンズを含んでいてもよい。当該光学系レンズは当該光電変換部材の受光面に被写体から出射された光を結像し、当該光電変換部材は、受光した光を光電変換し、撮像画像を示す信号を生成する。すなわち、信号処理装置は、光電変換部材、光学レンズ等を備える撮像部を備える撮像装置であってもよい。
例えば、第1の光電変換層L1は、基板上に、Rの画素、Gの画素、及び、Bの画素がシリコンによる従来の半導体工程により形成されてもよい。この場合、Rの画素、Gの画素、及び、Bの画素は、例えばベイヤ(Bayer)配列で並べられる。
また、第2の光電変換層L2は、NIRの波長の光を吸収して光電変換を行うNIR層であってもよい。
第1の光電変換層L1と第2の光電変換層L2とが、上記に示す他の構成を有する場合であっても、図1に示す構成と同様の問題が生じうる。
また、信号処理装置における、補間処理、吸収補正処理、色補正処理は、信号処理装置が備える画像処理回路等によって実現されてもよい。
以下、本発明の実施形態1に係る信号処理装置100及び信号処理方法について、より具体的に説明する。図2は、実施の形態1に係る信号処理装置100の一例を示す図である。また、図3は、実施の形態1に係る信号処理方法の一例を示す図である。
次に、信号処理装置100の副吸収補正回路164は、Blue/Red補間処理された青色の光の信号Boを用いて、緑色の光の信号Ginに対して、図3のDに示すBlue吸収補正を行う。なお、図3のDに示すBlue吸収補正処理において、補間された青色の光の信号Boに対しても吸収補正処理が行われてもよい。
次に、信号処理装置100のカラー補正マトリクス回路は、青色の光の信号Bo、赤色の光の信号Ro、及び、緑色の光の信号Goに対して、図3のEに示すカラー補正マトリクス処理を行う。
G1s=abs(G1−G0) ・・・・(1)
G2s=abs(G2−G0) ・・・・(2)
G3s=abs(G3−G0) ・・・・(3)
G4s=abs(G4−G0) ・・・・(4)
if(G1s==min(G1s、G2s、G3s、G4s))
B0=(B1×G1)/G0 ・・・・(5)
if(G2s==min(G1s、G2s、G3s、G4s))
B0=(B2×G2)/G0 ・・・・(6)
if(G3s==min(G1s、G2s、G3s、G4s))
B0=(B3×G3)/G0 ・・・・(7)
if(G4s==min(G1s、G2s、G3s、G4s))
B0=(B4×G4)/G0 ・・・・(8)
副吸収補正回路164は、Blue/Red補間処理された青色の光の信号Boを用いて、緑色の光の信号Ginに対してBlue吸収補正を行う。具体的には、副吸収補正回路164は、第2の光電変換層L2によって吸収された青色の光の成分を考慮して補正値αを決定する。次に、副吸収補正回路164は、青色の光の信号Binの値(信号値)にα/(1−α)を乗じて得られる値を緑色の光の信号Ginから減算することにより、緑色の光の信号Ginに対してBlue吸収補正を行う。
図6に、本実施の形態1に係る信号処理装置100における吸収補正の結果の一例を示す。図6の左側には、光電変換部材から信号処理装置100に入力される、赤色の光の信号Rin、緑色の光の信号Gin、青色の光の信号Binの強度分布を示している。また、図6の右側には、補間処理された赤色の光の信号Ro、吸収補正処理された緑色の光の信号Go、補間処理されて吸収補正処理された青色の光の信号Boの強度分布を示している。
例1:第2の光電変換層L2によって生成される緑色の光の信号Ginの青領域における値の最小値Gbottom
例2:第1の光電変換層L1によって生成される青色の光の信号Binのピーク値の波長における、第2の光電変換層L2によって吸収される緑色の光の吸収率Gabs
Go=Gin−Gbottom ・・・・(9)
Go=Gin−Gabs ・・・・(10)
Bo’=Bo+Gbottom ・・・・(11)
Bo’=Bo+Gabs ・・・・(12)
例1:第2の光電変換層L2によって生成される緑色の光の信号Ginの赤領域における値の最小値Gbottom’
例2:第1の光電変換層L1によって生成される赤色の光の信号Rinのピーク値の波長における、第2の光電変換層L2によって吸収される緑色の光の吸収率Gabs’
Go=Gin−Gbottom’ ・・・・(13)
Go=Gin−Gabs’ ・・・・(14)
Ro’=Ro+Gbottom’ ・・・・(15)
Ro’=Ro+Gabs’ ・・・・(16)
信号処理装置100のカラー補正マトリクス回路(不図示)は、補間処理された青色の光の信号Bo、補間処理された赤色の光の信号Ro、及び、吸収補正された緑色の光の信号Goに対して、色補正処理を行う。なお、カラー補正マトリクス回路は、補間処理された青色の光の信号Boの代わりに、補間処理されて吸収補正された青色の光の信号Bo’に対して色補正処理を行ってもよい。また、カラー補正マトリクス回路は、補間処理された赤色の光の信号Roの代わりに、補間処理されて吸収補正された赤色の光の信号Ro’に対して色補正処理を行ってもよい。
次に、図7乃至図9を参照しながら、本発明の実施の形態2について説明する。図7は、実施の形態2に係る信号処理装置200の一例を示す図である。図8は、実施の形態2に係る信号処理方法の一例を示す図である。図9は、図8のCに示す補間処理、図8のDに示す吸収補正処理、図8のEに示す補間処理を概念的に示す図である。
実施の形態2に係る信号処理装置200は、図7に示すように、Blue/Red補間回路160、Blue/Red遅延ラインメモリ(LM;Line Memory)162、副吸収補正回路164を備えず、第1の補間部としてのBlue補間回路166、Blue遅延ラインメモリ(LM;Line Memory)168、第1の吸収補正部としてのBlue副吸収補正回路170、Green遅延ラインメモリ(LM;Line Memory)172、第2の補間部としてのRed補間回路174を備える点が、実施の形態1に係る信号処理装置100と異なる。以下、実施の形態2に係る信号処理装置200において、実施の形態1に係る信号処理装置100と同様の構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
図8のBに示す光電変換部材から、図8のAに示す青色の光の信号Bin、緑色の光の信号Gin、赤色の光の信号Rinが、信号処理装置200に入力される。そして、信号処理装置200のBlue補間回路166は、当該青色の光の信号Binに対して、図8のCに示すBlue補間処理を行う。
次に、信号処理装置200のBlue副吸収補正回路170は、Blue補間処理された青色の光の信号Boを用いて、緑色の光の信号Ginに対して、図8のDに示すBlue吸収補正を行う。なお、図8のDに示すBlue吸収補正処理において、補間された青色の光の信号Boに対しても吸収補正処理が行われてもよい。
次に、信号処理装置200のRed補間回路174は、赤色の光の信号Rinに対して、図8のEに示すRed補間処理を行う。
次に、信号処理装置200のカラー補正マトリクス回路は、青色の光の信号Bo、赤色の光の信号Ro、及び、緑色の光の信号Goに対して、図8のFに示すカラー補正マトリクス処理(色補正処理)を行う。信号処理装置200における具体的な色補正処理は、上記実施の形態1に係る信号処理装置100における色補正処理と同様であるため、その説明を省略する。
図9のAに示すように、実施の形態2に係る信号処理装置200は、まず青色の光の信号Binに対して補間を行う。第1の光電変換層L1において赤色の画素と青色の画素とが市松模様状に配列される場合には、画素値が存在しない赤色の画素および青色の画素が存在する。そのため、信号処理装置200は、まず青色の光の信号Binに対して補間を行う。なお、信号処理装置200は、まず赤色の光の信号Rinに対して補間を行ってもよい。
次に、本発明の実施例1、実施例2、比較例1について、説明する。
本発明の実施例1に係る信号処理装置は、実施の形態1に係る信号処理装置100である。また、本発明の実施例2に係る信号処理装置は、実施の形態2に係る信号処理装置200である。
まず、図10のAに示す撮像部から光電変換部材によって生成された赤色の光の信号Rin、緑色の光の信号Gin、青色の光の信号Binが比較例1に係る信号処理装置に入力される。なお、比較例1の撮像部に備えられる撮像部及び光電変換部材は、実施例1及び実施例2と同じである。すなわち、光電変換部材の第1の光電変換層L1において、青色の画素と赤色の画素とが、例えば、市松模様状に配列されており、第2の光電変換層L2の全画素に亘って緑色の画素が配列されている。
図11に示すように、実施例1では、比較例1に比べて、色再現性、色解像度に優れていることが分かる。
図12に示すように、実施例1では、比較例1に比べて、色再現性、色解像度に優れていることが分かる。
図13に示すように、当該チャートのように、青色の領域と赤色の領域とが交互に配列される画像が入力された場合には、実施例2では、実施例1に比べて、色再現性、色解像度に優れていることが分かる。
次に、図14乃至図17を参照しながら、本発明の実施の形態3について説明する。図14は、実施の形態3に係る信号処理装置300の一例を示す図である。図15は、実施の形態3に係る信号処理方法の一例を示す図である。図16は、図15のCに示す補間処理、図15のDに示す吸収補正処理、図15のEに示す補間処理、図15のFに示す吸収補正処理を概念的に示す図である。また、図17は、実施の形態3に係る信号処理装置におけるRed吸収補正の結果の一例を示す。
次に、信号処理装置300のRed副吸収補正回路176は、Red補間処理された赤色の光の信号Roを用いて、Blue吸収補正が行われた緑色の光の信号Goに対して、図15のFに示すRed吸収補正を行う。ここで、Red吸収補正は、Blue吸収補正と同様に、緑色の光の信号Goから、赤色の信号Rinの値にα’/(1−α’)を乗じて得られる値を減算することにより行われる。しかし、Blue吸収補正と異なり、補正値α’は、式(13)におけるGbottom’や式(14)におけるGabs’ではなく、YSNR10及び色差ΔE*abの値を算出して決定される。具体的には、補正値α’は、色差ΔE*abの値が悪化しない範囲内であって、YSNR10が最も低くなる値である。ここで、YSNR10は、カラー補正マトリックス処理を経た後の緑色信号と、イメージセンサ(光電変換部材)において信号を測定するときに発生するノイズとの比率が10になる照度(単位:lux)を意味する。また、YSNR10値が小さいほど、低い照度でイメージ特性が良好であることを意味する。
なお、図15のFに示すRed吸収補正処理において、補間された赤色の光の信号Roに対しても吸収補正処理が行われてもよい。
次に、信号処理装置300のカラー補正マトリクス回路は、青色の光の信号Bo、赤色の光の信号Ro、及び、Red吸収補正が行われた緑色の光の信号Goに対して、図15のGに示すカラー補正マトリクス処理(色補正処理)を行う。なお、実施の形態3に係る信号処理装置300における具体的な色補正処理は、上記実施の形態1、2に係る信号処理装置100、200における色補正処理と異なり、色差ΔE*abの値が悪化しない範囲内で、YSNR10が最も低くなるように実施される。
152 Blue/Red保持ラインメモリ
154 Green保持ラインメモリ
156 ライトカウンタ
158 リードカウンタ
160 Blue/Red補間回路(補間部)
160A Green画素間相関情報抽出部
160B 補間比率算出部
164 副吸収補正回路(吸収補正部)
166 Blue補間回路(第1の補間部)
168 Blue遅延ラインメモリ
170 Blue副吸収補正回路(第1の吸収補正部)
172 Green遅延ラインメモリ
174 Red補間回路(第2の補間部)
176 Red副吸収補正回路(第2の吸収補正部)
L1 第1の光電変換層
L2 第2の光電変換層
Claims (18)
- 第1の光及び前記第1の光と異なる波長の第2の光を光電変換する第1の光電変換層と、
前記第1の光電変換層よりも入射光が入射する側に設けられ、前記第1の光及び前記第2の光とは異なる波長の第3の光を光電変換する第2の光電変換層と、
を備える光電変換部材によって生成される信号を処理する信号処理装置であって、
前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第1の光の信号及び前記第2の光の信号の少なくとも一方を、前記第2の光電変換層による光電変換によって得られる前記第3の光の信号を用いて補間する補間部と、
前記補間部によって補間された前記第1の光の信号及び前記第2の光の信号の少なくとも一方を用いて、前記第3の光の信号の吸収補正を行う吸収補正部と、
を備える、信号処理装置。 - 前記補間部は、前記第2の光電変換層による光電変換によって得られた前記第3の光の信号の強度勾配情報を用いて、前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第1の光の信号及び前記第2の光の信号の少なくとも一方を補間する、請求項1に記載の信号処理装置。
- 前記吸収補正部は、前記第2の光電変換層によって吸収された前記第1の光の成分及び前記第2の光の成分の少なくとも一方を考慮して決定された補正値αを用いて、前記第1の光の信号値にα/(1−α)を乗じて得られる値を前記第3の光の信号から減算することにより、前記第3の光の信号の吸収補正を行う、請求項1又は2に記載の信号処理装置。
- 第1の光及び前記第1の光と異なる波長の第2の光を光電変換する第1の光電変換層と、
前記第1の光電変換層よりも入射光が入射する側に設けられ、前記第1の光及び前記第2の光とは異なる波長の第3の光を光電変換する第2の光電変換層と、
を備える光電変換部材によって生成される信号を処理する信号処理装置であって、
前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第1の光の信号を、前記第2の光電変換層による光電変換によって得られる前記第3の光の信号を用いて補間する第1の補間部と、
前記第1の補間部によって補間された前記第1の光の信号を用いて、前記第3の光の信号の吸収補正を行う第1の吸収補正部と、
前記第1の吸収補正部によって吸収補正された前記第3の光の信号を用いて前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第2の光の信号を補間する第2の補間部と、
を備える、信号処理装置。 - 前記第1の補間部は、前記第2の光電変換層による光電変換によって得られた前記第3の光の信号の強度勾配情報を用いて、前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第1の光の信号を補間する、請求項4に記載の信号処理装置。
- 前記第2の補間部は、前記第1の吸収補正部によって吸収補正された前記第3の光の信号の強度勾配情報を用いて、前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第2の光の信号を補間する、請求項4又は5に記載の信号処理装置。
- 前記第1の吸収補正部は、前記第2の光電変換層によって吸収された前記第1の光の成分を考慮して決定された補正値αを用いて、前記第1の光の信号値にα/(1−α)を乗じて得られる値を前記第3の光の信号から減算することにより、前記第3の光の信号の吸収補正を行う、請求項4乃至6の何れか一項に記載の信号処理装置。
- 前記第2の補間部によって補間された前記第2の光の信号を用いて、前記第1の吸収補正部によって吸収補正された前記第3の光の信号の吸収補正を行う第2の吸収補正部をさらに備える、請求項4乃至7の何れか一項に記載の信号処理装置。
- 前記第1の光電変換層は、前記第1の光として青色の光、及び、前記第2の光として赤色の光を光電変換し、
前記第2の光電変換層は、前記第3の光として緑色の光を光電変換する、
請求項1乃至8の何れか一項に記載の信号処理装置。 - 第1の光及び前記第1の光と異なる波長の第2の光を光電変換する第1の光電変換層と、
前記第1の光電変換層よりも入射光が入射する側に設けられ、前記第1の光及び前記第2の光とは異なる波長の第3の光を光電変換する第2の光電変換層と、
を備える光電変換部材によって生成される信号を処理する信号処理方法であって、
前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第1の光の信号及び前記第2の光の信号の少なくとも一方を、前記第2の光電変換層による光電変換によって得られる前記第3の光の信号を用いて補間する補間ステップと、
前記補間ステップにおいて補間された前記第1の光の信号及び前記第2の光の信号の少なくとも一方を用いて、前記第3の光の信号の吸収補正を行う吸収補正ステップと、
を備える、信号処理方法。 - 前記補間ステップにおいて、前記第2の光電変換層による光電変換によって得られた前記第3の光の信号の強度勾配情報を用いて、前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第1の光の信号及び前記第2の光の信号の少なくとも一方を補間する、請求項10に記載の信号処理方法。
- 前記吸収補正ステップにおいて、前記第2の光電変換層によって吸収された前記第1の光の成分及び前記第2の光の成分の少なくとも一方を考慮して決定された補正値αを用いて、前記第1の光の信号値にα/(1−α)を乗じて得られる値を前記第3の光の信号から減算することにより、前記第3の光の信号の吸収補正を行う、請求項10又は11に記載の信号処理方法。
- 第1の光及び前記第1の光と異なる波長の第2の光を光電変換する第1の光電変換層と、
前記第1の光電変換層よりも入射光が入射する側に設けられ、前記第1の光及び前記第2の光とは異なる波長の第3の光を光電変換する第2の光電変換層と、
を備える光電変換部材によって生成される信号を処理する信号処理方法であって、
前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第1の光の信号を、前記第2の光電変換層による光電変換によって得られる前記第3の光の信号を用いて補間する第1の補間ステップと、
前記第1の補間ステップにおいて補間された前記第1の光の信号を用いて、前記第3の光の信号の吸収補正を行う第1の吸収補正ステップと、
前記第1の吸収補正ステップにおいて吸収補正された前記第3の光の信号を用いて前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第2の光の信号を補間する第2の補間ステップと、
を備える、信号処理方法。 - 前記第1の補間ステップにおいて、前記第2の光電変換層による光電変換によって得られた前記第3の光の信号の強度勾配情報を用いて、前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第1の光の信号を補間する、請求項13に記載の信号処理方法。
- 前記第2の補間ステップにおいて、前記第1の吸収補正ステップにおいて吸収補正された前記第3の光の信号の強度勾配情報を用いて、前記第1の光電変換層による光電変換によって得られる前記第2の光の信号を補間する、請求項13又は14に記載の信号処理方法。
- 前記第1の吸収補正ステップにおいて、前記第2の光電変換層によって吸収された前記第1の光の成分を考慮して決定された補正値αを用いて、前記第1の光の信号値にα/(1−α)を乗じて得られる値を前記第3の光の信号から減算することにより、前記第3の光の信号の吸収補正を行う、請求項13乃至15の何れか一項に記載の信号処理方法。
- 前記第2の補間ステップにおいて補間された前記第2の光の信号を用いて、前記第1の吸収補正ステップにおいて吸収補正された前記第3の光の信号の吸収補正を行う第2の吸収補正ステップをさらに備える、請求項13乃至16の何れか一項に記載の信号処理方法。
- 前記第1の光電変換層は、前記第1の光として青色の光、及び、前記第2の光として赤色の光を光電変換し、
前記第2の光電変換層は、前記第3の光として緑色の光を光電変換する、
請求項10乃至16の何れか一項に記載の信号処理方法。
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