JP2022122350A - Imaging apparatus and control method of imaging apparatus - Google Patents

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Takahiro Arao
伊音 上原
Ion Uehara
悠司 清水
Yuji Shimizu
哲也 安田
Tetsuya Yasuda
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Abstract

To provide an imaging apparatus for acquiring image data whose resolution is increased by pixel shift and a control method thereof which suppress an information amount of image data subjected to synthesis processing by reducing the number of image data to be acquired by the pixel shift.SOLUTION: An imaging apparatus comprises: an imaging lens; an imaging element in a lamination structure; a pixel shift mechanism; and a pixel shift synthesis processing unit. The pixel shift synthesis processing unit comprises: an image data input part which inputs two pieces of image data acquired by pixel shift; an image data arrangement part which arranges image data in each layer constituting each of the two pieces of image data by shifting the image data; a re-sampling part which re-generates the image data in each layer by re-sampling processing from the image data in each layer arranged by being shifted; a pixel mixing part which generates one piece of image data by pixel mixing processing by using the re-generated image data in each layer; and an image data output part which outputs one piece of image data generated by the pixel mixing processing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、撮像素子により画像データを取得する撮像装置及びその制御方法に関する。特に、光電変換部が積層された積層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより高解像度化された画像データを取得する撮像装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus that acquires image data using an imaging element and a control method thereof. More particularly, the present invention relates to an imaging apparatus that employs an imaging element having a laminated structure in which photoelectric conversion units are stacked and obtains image data with high resolution by pixel shifting, and a control method thereof.

従来、色フィルタを有する撮像素子により画像データを取得する撮像装置が普及している。色フィルタを有する撮像素子を構成する各画素において、光電変換部であるフォトダイオードの前方には赤色(R)、緑色(G)または青色(B)のいずれかの色フィルタがそれぞれ配置されている。これにより、各画素に配置された色フィルタに対応する波長成分の画素値をフォトダイオードによりそれぞれ取得することができる。そして、各画素で取得した画素値の配列を画像データとして取得し、この画像データをデモザイク処理することにより記録用の画像データを取得する。 2. Description of the Related Art Conventionally, imaging apparatuses that acquire image data using an imaging element having color filters have been widely used. In each pixel that constitutes an imaging device having a color filter, a red (R), green (G), or blue (B) color filter is arranged in front of a photodiode that is a photoelectric conversion unit. . Thereby, the pixel value of the wavelength component corresponding to the color filter arranged in each pixel can be acquired by the photodiode. Then, an array of pixel values obtained from each pixel is obtained as image data, and image data for recording is obtained by performing demosaic processing on this image data.

また、画素ずらしにより高解像度化された画像データを取得する撮像装置が知られている。画素ずらしでは、撮像素子や撮影レンズの全部または一部を光軸に垂直な平面上でシフトさせて複数枚の画像データを取得する。そして、取得した複数枚の画像データを合成処理して最終的に高解像度化された画像データを取得することができる。 Also, there is known an imaging apparatus that obtains image data with high resolution by pixel shifting. In pixel shifting, all or part of an image sensor or a photographing lens is shifted on a plane perpendicular to the optical axis to obtain a plurality of image data. Then, it is possible to combine the obtained image data of a plurality of sheets and finally obtain the image data with the high resolution.

特許文献1には、画素ずらしにより取得した4枚の画像データを合成処理して画像データを取得する電子スチルカメラが開示されている。さらに、画素ずらしにより取得した8枚の画像データを合成処理してより高画質な画像データを取得することができる電子スチルカメラが開示されている。 Patent Document 1 discloses an electronic still camera that obtains image data by synthesizing data of four images obtained by pixel shifting. Further, an electronic still camera is disclosed that can acquire image data of higher image quality by synthesizing eight pieces of image data acquired by pixel shifting.

特許文献2には、画素ずらしにより取得した8枚の画像データを合成処理して画像データを取得する撮像装置が開示されおり、画素ずらしにより取得した画像データを合成処理する前に色収差補正を行うことでバッファメモリの容量を抑えることができる撮像装置が開示されている。 Patent Document 2 discloses an imaging apparatus that obtains image data by synthesizing eight image data obtained by pixel shifting, and performs chromatic aberration correction before synthesizing the image data obtained by pixel shifting. An imaging device is disclosed that can suppress the capacity of the buffer memory by doing so.

また、複数のフォトダイオードを積層して構成することにより、垂直色分離された被写体光の波長成分に対応する各画素値を各画素においてそれぞれ直接取得することができる撮像素子が知られている。以下、このような撮像素子を積層構造の撮像素子と示す場合がある。 Further, there is known an imaging device that is configured by stacking a plurality of photodiodes so that each pixel value corresponding to the wavelength component of subject light that is vertically color-separated can be directly obtained in each pixel. Hereinafter, such an image pickup device may be referred to as an image pickup device having a laminated structure.

特許文献3には、積層構造の撮像素子(Vertical color filter sensor group array)が開示されており、さらに積層構造の撮像素子の配線構造の複雑さを解消するために最上位層をフル解像度とし、これより下位層を低解像度とする撮像素子が開示されている。 Patent Document 3 discloses an imaging device with a stacked structure (vertical color filter sensor group array), and furthermore, in order to eliminate the complexity of the wiring structure of the imaging device with a stacked structure, the top layer is made full resolution, An imaging device is disclosed in which the lower layer has a lower resolution.

特開平6-225317号公報JP-A-6-225317 特開2017-46186号公報JP 2017-46186 A 米国特許第7339216号公報U.S. Pat. No. 7,339,216

しかしながら、上記の特許文献等に開示された従来技術には次の課題がある。 However, the conventional techniques disclosed in the above patent documents have the following problems.

色フィルタを有する撮像素子において、各画素はそれぞれの色フィルタに対応する1つの画素値しか取得できない。このため、特に一般的なベイヤー式の配列パターンを採用する色フィルタを有する撮像素子を用いて画素ずらしにより高解像度化された画像データを取得するには、画素ずらしにより8枚の画像データを取得しなければならない。画素ずらしにおいて取得すべき画像データの数が多くなると、画像データを取得するための時間や、画像データに対して補正処理や合成処理等をするための時間が長くなってしまう。また、複数枚の画像データを記録するために必要なバッファメモリの容量が大きくなってしまう。 In an imaging device having color filters, each pixel can acquire only one pixel value corresponding to each color filter. For this reason, in order to acquire image data with high resolution by pixel shifting using an image pickup device having color filters that employ a general Bayer array pattern, eight image data are acquired by pixel shifting. Must. As the number of pieces of image data to be acquired in pixel shifting increases, the time required to acquire the image data and the time required to perform correction processing, synthesis processing, and the like on the image data become longer. In addition, the capacity of the buffer memory required for recording the image data of a plurality of sheets becomes large.

色フィルタを有する撮像素子を用いて画素ずらしにより8枚より少ない画像データを取得して高解像度化された画像データを合成処理する場合、高解像度化された画像データの色フィルタの配列を通常の画像データと同じにすることができず、これを補うための補間処理や置換処理等が必要となってしまう。さらに、この場合には、合成処理により最終的に取得される高解像度化された画像データを高画質で取得することが難しくなる。 When less than 8 pieces of image data are acquired by pixel shifting using an image pickup device having color filters, and the high-resolution image data is synthesized, the arrangement of the color filters of the high-resolution image data is arranged in a normal manner. It cannot be made the same as the image data, and an interpolation process, a replacement process, or the like is required to compensate for this. Furthermore, in this case, it becomes difficult to obtain high-resolution image data that is finally obtained by the combining process.

一方、積層構造の撮像素子は被写体光の波長成分に対応する画素値を各画素においてそれぞれ直接取得することができる。このため、積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより高解像度化された画像データを取得する場合には、画素ずらしにより取得すべき画像データの数を少なくすることができる。 On the other hand, an imaging device with a laminated structure can directly acquire a pixel value corresponding to a wavelength component of subject light in each pixel. Therefore, when image data with high resolution is acquired by pixel shifting using an imaging device with a laminated structure, the number of image data to be acquired by pixel shifting can be reduced.

しかしながら、積層構造の撮像素子により取得された画像データの各層は被写体光の波長成分ごとに同程度の情報量の画像データをそれぞれ有しているため、積層構造の撮像素子により取得される画像データの情報量は非常に大きくなってしまう。積層構造の撮像素子を採用して画素ずらしにおいて取得された画像データの情報量が大きくなると、画像データを転送処理するための負担や合成処理を行うための負担が大きくなってしまう。 However, since each layer of the image data acquired by the image sensor with the laminated structure has image data of the same amount of information for each wavelength component of the subject light, the image data acquired by the image sensor with the laminated structure amount of information becomes very large. If the information amount of the image data acquired by pixel shifting using the image pickup device with the laminated structure increases, the load for transferring the image data and the load for combining the image data will increase.

上記の課題を解決するため、第1の発明に係る撮像装置は、画素ずらしにより取得された複数枚の画像データを用いて合成処理により通常の画像データよりも高解像度化された画像データを生成する撮像装置であって、被写体光を被写体像として結像面へ結像させる撮影レンズと、被写体像を画像信号に変換する光電変換部が積層された積層構造の撮像素子と、被写体像と前記積層構造の撮像素子との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせる画素ずらし機構と、画素ずらしにより取得された複数枚の画像データから合成処理により1枚の画像データを生成する画素ずらし合成処理部を備え、前記画素ずらし合成処理部は、画素ずらしにより取得された2枚の画像データを入力する画像データ入力部と、2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データをずらして配置する画像データ配置部と、ずらして配置された各層の画像データから再サンプリング処理により各層の画像データを再生成する再サンプリング部と、再生成された各層の画像データを用いて画素混合処理により1枚の画像データを生成する画素混合部と、画素混合処理により生成された1枚の画像データを出力する画像データ出力部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an imaging apparatus according to a first aspect of the present invention generates image data having a higher resolution than normal image data by synthesizing a plurality of pieces of image data acquired by pixel shifting. an image pickup device having a laminated structure in which a photographing lens for forming an image of subject light as a subject image on an imaging plane; a photoelectric conversion section for converting the subject image into an image signal; A pixel shift mechanism that shifts the position relative to the layered structure image pickup device on a plane perpendicular to the optical axis, and a pixel shift that generates a single image data by synthesizing multiple image data obtained by pixel shifting. A synthesis processing unit is provided, and the pixel shift synthesis processing unit includes an image data input unit for inputting two pieces of image data acquired by pixel shifting, and an image data input unit for inputting two pieces of image data, and shifting the image data of each layer constituting the two pieces of image data. A resampling unit that regenerates the image data of each layer by resampling processing from the image data of each layer that is staggered and arranged, and a pixel mixing processing using the regenerated image data of each layer. The image processing apparatus is characterized by comprising a pixel mixing section for generating image data for one image, and an image data output section for outputting the image data for one image generated by the pixel mixing process.

また、第2の発明に係る撮像装置は、前記画素ずらし機構は、前記積層構造の撮像素子を光軸に垂直な方向へ移動させることにより、被写体像と前記積層構造の撮像素子との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせることを特徴とする。 Further, in the image pickup apparatus according to the second invention, the pixel shift mechanism moves the image pickup device with the laminated structure in a direction perpendicular to the optical axis, thereby shifting the relative positions of the object image and the image pickup device with the laminated structure. is shifted on a plane perpendicular to the optical axis.

また、第3の発明に係る撮像装置は、前記画素ずらし機構は、前記撮影レンズの全部又は一部を光軸に垂直な方向へ移動させることにより、被写体像と前記積層構造の撮像素子との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせることを特徴とする。 Further, in the image pickup apparatus according to the third invention, the pixel shift mechanism moves all or part of the photographing lens in a direction perpendicular to the optical axis, so that the subject image and the image sensor having the laminated structure are shifted. It is characterized by shifting the relative position on a plane perpendicular to the optical axis.

また、第4の発明に係る撮像装置は、前記画素ずらし機構は、被写体像と前記積層構造の撮像素子との相対位置を光軸に垂直な平面上でXY方向に前記積層構造の撮像素子の画素ピッチの1/2だけシフトさせることを特徴とする。 In the image pickup apparatus according to the fourth aspect, the pixel shift mechanism shifts the relative position of the subject image and the image pickup device with the laminated structure in the XY directions on a plane perpendicular to the optical axis. It is characterized by shifting by 1/2 of the pixel pitch.

また、第5の発明に係る撮像装置は、前記画素ずらし合成処理部は、前記積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより取得された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データを輝度層と色層とに分け、再サンプリング処理により、輝度層において通常の画像データよりも高解像度化された画像データを再生成し、色層において通常の画像データよりも低解像度化された画像データを再生成することを特徴とする。 Further, in the image pickup apparatus according to the fifth aspect, the pixel shift synthesis processing unit converts the image data of each layer constituting two pieces of image data obtained by pixel shift using the image pickup device having the layered structure into luminance. Divided into layers and color layers, re-sampling process regenerates image data with higher resolution than normal image data in luminance layer, and image data with lower resolution than normal image data in color layer. is regenerated.

また、第6の発明に係る撮像装置は、前記画素ずらし合成処理部は、前記積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより取得された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データのうち最もコントラストの高い層の画像データを輝度層とし、それ以外の層の画像データを色層とすることを特徴とする。 Further, in the image pickup apparatus according to the sixth invention, the pixel shift synthesis processing unit includes image data of each layer constituting two pieces of image data obtained by pixel shifting using the image pickup device having the layered structure. The image data of the layer with the highest contrast is used as the luminance layer, and the image data of the other layers are used as the color layer.

また、第7の発明に係る撮像装置は、前記画素ずらし合成処理部は、前記積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより取得された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データのうち最も信号値の高い層の画像データを輝度層とし、それ以外の層の画像データを色層とすることを特徴とする。 Further, in the image pickup apparatus according to the seventh invention, the pixel shift synthesis processing unit includes image data of each layer constituting two pieces of image data acquired by pixel shift using the image pickup device having the layered structure. The image data of the layer with the highest signal value is used as the luminance layer, and the image data of the other layers are used as the color layer.

また、第8の発明に係る撮像装置の制御方法は、画素ずらしにより取得された複数枚の画像データを用いて合成処理により通常の画像データよりも高解像度化された画像データを生成する撮像装置の制御方法であって、積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより2枚の画像データを取得する画像データ取得ステップと、取得された2枚の画像データを入力する画像データ入力ステップと、入力された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データをずらして配置する画像データ配置ステップと、再サンプリング処理によりずらして配置された各層の画像データを用いて各層の画像データを再生成する再サンプリング処理ステップと、画素混合処理により再生成された各層の画像データを用いて1枚の画像データを生成する画素混合処理ステップと、生成された1枚の画像データを出力する画像データ出力ステップを有することを特徴とする。 A control method for an imaging apparatus according to an eighth aspect of the present invention is an imaging apparatus that generates image data having a higher resolution than normal image data by synthesis processing using a plurality of pieces of image data acquired by pixel shifting. The control method of , wherein an image data acquisition step of acquiring two image data by pixel shifting using an image pickup device with a laminated structure, an image data input step of inputting the acquired two image data, and an input an image data arrangement step of shifting and arranging the image data of each layer constituting the two pieces of image data obtained respectively; and regenerating the image data of each layer using the image data of each layer shifted and arranged by resampling processing A resampling processing step, a pixel mixing processing step of generating one image data using the image data of each layer regenerated by the pixel mixing processing, and an image data output step of outputting the generated one image data. characterized by having

本発明によれば、画素ずらしにより取得された複数枚の画像データを用いて合成処理により通常の画像データよりも高解像度化された画像データを生成する撮像装置及び撮像装置の制御方法において、被写体像を画像信号に変換する光電変換部が積層された積層構造の撮像素子を用いることにより、画素ずらしにより取得すべき画像データの枚数を少なくすることができる。 According to the present invention, in an image capturing apparatus and a control method for an image capturing apparatus, image data having a higher resolution than normal image data is generated by synthesis processing using a plurality of image data obtained by pixel shifting. By using an imaging device having a laminated structure in which photoelectric conversion units that convert an image into an image signal are laminated, the number of pieces of image data to be acquired by pixel shifting can be reduced.

また、積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより取得された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データを輝度層と色層とに分け、再サンプリング処理により、輝度層において通常の画像データよりも高解像度化された画像データを再生成し、色層において通常の画像データよりも低解像度化された画像データを再生成することにより、積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより複数枚の画像データを取得する撮像装置及び撮像装置の制御方法であっても、合成処理する画像データの情報量を抑え、画像データの転送や画像処理にかかる負担が増大することを抑えることができる。 In addition, the image data of each layer constituting two pieces of image data obtained by pixel shifting using an image pickup device with a laminated structure is divided into a luminance layer and a color layer, and a normal image is obtained in the luminance layer by resampling processing. By regenerating image data with a higher resolution than the data, and regenerating image data with a lower resolution than the normal image data in the color layer, a multi-layered image sensor is used to shift the pixels. Even with an imaging device that acquires image data and a control method for the imaging device, it is possible to suppress the amount of information in the image data to be synthesized, and to suppress an increase in the burden of image data transfer and image processing. .

本実施例の撮像装置を示すシステムブロック図である。1 is a system block diagram showing an imaging device of this embodiment; FIG. 3層構造の撮像素子の深さ方向の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the depth direction of the imaging device of a three-layer structure. 画素ずらしにより取得された2枚の画像データの配置方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arrangement|positioning method of the image data of 2 sheets acquired by pixel shifting. 各層の画像データが画素ピッチPに基づいてずらして配置された様子を示す模式図である。4 is a schematic diagram showing how image data of each layer is shifted based on a pixel pitch P and arranged. FIG. 輝度層の再サンプリング処理の方法について説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the method of the re-sampling process of a luminance layer. 色層の再サンプリング処理の方法について説明する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a method of resampling processing of color layers; 本実施例の撮像装置の撮影動作の各ステップを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing each step of the photographing operation of the imaging apparatus of the present embodiment; 画素ずらしによる画像データ取得の各ステップを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing each step of image data acquisition by pixel shifting. 画素ずらし合成処理の各ステップを示すフローチャートである。5 is a flowchart showing steps of pixel shift synthesis processing; 画素混合処理の各ステップを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing each step of pixel mixing processing;

以下、本発明に係る撮像装置及び撮像装置の制御方法の実施例について図面を用いて詳細に説明する。本実施例の説明では、本発明の技術的特徴を説明するために必要な構成要素を挙げて説明する。 Embodiments of an image pickup apparatus and an image pickup apparatus control method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, constituent elements necessary for describing the technical features of the present invention will be described.

(図1:撮像装置の構成要素)
図1を用いて、本実施例の撮像装置の構成要素について説明する。図1は、本実施例の撮像装置を示すシステムブロック図である。図1において、100は撮像装置、110は撮影レンズ、120は撮像素子、130はシフト機構、140は画素ずらし合成処理部、150はバス、160はDRAM、170は外部メモリを示す。
(Fig. 1: Components of imaging device)
The constituent elements of the imaging apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a system block diagram showing the imaging apparatus of this embodiment. In FIG. 1, 100 is an imaging device, 110 is an imaging lens, 120 is an imaging device, 130 is a shift mechanism, 140 is a pixel shift synthesis processor, 150 is a bus, 160 is a DRAM, and 170 is an external memory.

(図1:撮像装置の構成要素)
撮影レンズ110は被写体光を被写体像として結像面へ結像させる光学系である。撮像素子120は結像面に2次元配列された光電変換部であるフォトダイオードにより被写体像を画像信号(アナログ信号)に変換して取得する。本実施例の撮像装置100は、撮像素子120に積層構造の撮像素子を採用している。積層構造の撮像素子については後述する。
(Fig. 1: Components of imaging device)
The photographing lens 110 is an optical system that forms an image of subject light on an imaging plane as a subject image. The imaging device 120 converts the subject image into an image signal (analog signal) by using photodiodes, which are photoelectric conversion units, arranged two-dimensionally on the imaging plane. The image pickup device 100 of this embodiment employs an image pickup device having a laminated structure as the image pickup device 120 . The image sensor having a laminated structure will be described later.

シフト機構130は撮像素子120を光軸に垂直な方向へ移動させる。本実施例の撮像装置100において、シフト機構130は被写体像と撮像素子120との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせる画素ずらし機構として機能する。画素ずらし機構については後述する。 A shift mechanism 130 moves the imaging device 120 in a direction perpendicular to the optical axis. In the imaging apparatus 100 of this embodiment, the shift mechanism 130 functions as a pixel shift mechanism that shifts the relative position between the subject image and the imaging element 120 on a plane perpendicular to the optical axis. A pixel shift mechanism will be described later.

撮像素子120により取得された画像信号の配列は不図示のA/D変換部等によりデジタル信号に変換され、画像データとして取得される。画像データはバス150を介してDRAM160へ転送され、一時的に保持される。 An array of image signals acquired by the imaging device 120 is converted into digital signals by an A/D converter (not shown) or the like, and acquired as image data. The image data is transferred to DRAM 160 via bus 150 and held temporarily.

本実施例の撮像装置100において、画素ずらし機構であるシフト機構130により光軸に垂直な方向へ移動された撮像素子120は移動されたそれぞれの位置において画像データを取得する。これにより取得された複数枚の画像データはDRAM160において一時的に保持される。 In the image pickup apparatus 100 of this embodiment, the image pickup device 120 moved in the direction perpendicular to the optical axis by the shift mechanism 130, which is a pixel shift mechanism, acquires image data at each moved position. A plurality of pieces of image data thus acquired are temporarily held in the DRAM 160 .

DRAM160において一時的に保持された複数枚の画像データはバス150を介して画素ずらし合成処理部140へ転送される。画素ずらし合成処理部140は、複数枚の画像データを用いて合成処理により最終的に高解像度化された1枚の画像データを生成する。画素ずらし合成処理部140については後述する。 A plurality of image data temporarily held in the DRAM 160 are transferred to the pixel shift synthesis processing section 140 via the bus 150 . The pixel shift synthesizing processing unit 140 uses a plurality of image data to generate one image data whose resolution is finally increased by synthesizing processing. The pixel shift synthesis processing unit 140 will be described later.

最終的に高解像度化された1枚の画像データはバス150を介して外部メモリ170へ転送され、保存される。 The final high resolution image data is transferred to the external memory 170 via the bus 150 and stored.

(図1:積層構造の撮像素子)
次に、積層構造の撮像素子について説明する。積層構造の撮像素子とは、光電変換部であるフォトダイオードが積層して構成された撮像素子のことをいう。特に、本実施例では、積層構造の撮像素子について、光電変換部であるフォトダイオードが深さ方向に3層に積層して構成された3層構造の撮像素子を採用している。
(Fig. 1: Image sensor with laminated structure)
Next, an image sensor having a laminated structure will be described. An imaging device having a laminated structure refers to an imaging device configured by laminating photodiodes, which are photoelectric conversion units. In particular, this embodiment employs a three-layer structure imaging device in which photodiodes, which are photoelectric conversion units, are stacked in three layers in the depth direction.

(図2:3層構造の撮像素子)
図2は、3層構造の撮像素子について断面の構造を示す模式図である。図2Aに示すように、3層構造の撮像素子を構成する各画素は、深さ方向に順に、青色(B)、緑色(G)、赤色(R)のフォトダイオードが積層されて構成されている。これにより、各画素において、各色に対応する画素値をそれぞれ直接取得することができる。
(Figure 2: 3-layer structure imaging device)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of an imaging device having a three-layer structure. As shown in FIG. 2A, each pixel that constitutes the three-layered imaging device is configured by stacking blue (B), green (G), and red (R) photodiodes in order in the depth direction. there is Accordingly, pixel values corresponding to each color can be directly obtained for each pixel.

また、図2Bに示すように、各画素において取得された各色に対応する画素値の配列は、各色に対応する各層の画像データとして取得される。本実施例では、3層構造の撮像素子を用いて取得された各層の画像データを1組として1枚の画像データと呼ぶこととする。 Also, as shown in FIG. 2B, the array of pixel values corresponding to each color obtained in each pixel is obtained as image data of each layer corresponding to each color. In this embodiment, a set of image data of each layer obtained by using an imaging device with a three-layer structure is referred to as one piece of image data.

フォトダイオードの材料として用いられるシリコン等の半導体には、入射光の各波長成分ごとに透過深さによる吸収率が異なるという性質がある。この半導体の性質により、入射光の各波長成分のうち、波長の短い光成分ほどより半導体の浅い部分で吸収され、波長の長い光成分ほど半導体のより深い部分で吸収される。 A semiconductor such as silicon used as a material for a photodiode has a property that the absorption rate depending on the penetration depth differs for each wavelength component of incident light. Due to the properties of semiconductors, of the wavelength components of incident light, light components with shorter wavelengths are absorbed in shallower portions of the semiconductor, and light components with longer wavelengths are absorbed in deeper portions of the semiconductor.

積層構造の撮像素子は、この半導体の性質を利用したものであり、シリコン等からなるフォトダイオードを積層して構成することにより、入射光を各波長成分ごとに垂直色分離することができる。これにより、積層構造の撮像素子では、各画素において各色に対応する画素値をそれぞれ直接取得することができる。したがって、積層構造の撮像素子では、色フィルタ付き撮像素子と比較して、フォトダイオードの上方に入射光を色分離するための色フィルタを配置する必要がなく、画像データの取得において偽色の発生要因となるデモザイク処理を必要としない。 An imaging device with a laminated structure utilizes this property of a semiconductor, and by stacking photodiodes made of silicon or the like, it is possible to vertically color-separate incident light for each wavelength component. As a result, in the image pickup device with the stacked structure, it is possible to directly obtain the pixel value corresponding to each color in each pixel. Therefore, compared to an image sensor with a color filter, an image sensor with a laminated structure does not need to place a color filter for color separation of incident light above the photodiode, and false colors occur when acquiring image data. No demosaicing is required as a factor.

本実施例の撮像装置100は、撮像素子120に積層構造の撮像素子を用いることにより、画素ずらしにより取得すべき画像データの枚数を少なくすることができる。 The imaging apparatus 100 of the present embodiment can reduce the number of pieces of image data to be acquired by pixel shifting by using an imaging device with a laminated structure for the imaging device 120 .

色フィルタ付き撮像素子には、各色に対応する画素値を取得するための色フィルタが各画素ごとに配置されている。各画素ごとに配置された色フィルタは、例えばベイヤー配列のように色フィルタ付き撮像素子の平面上で規則的に2次元配列されている。 A color filter for acquiring a pixel value corresponding to each color is arranged for each pixel in the image sensor with color filters. The color filters arranged for each pixel are regularly arranged two-dimensionally on the plane of the imaging element with color filters, such as a Bayer arrangement.

色フィルタ付き撮像素子を用いて画像データを取得する場合、まず、各画素ごとに各色に対応する画素値がそれぞれ取得され、各画素の画素値は配列として取得される。そして、この各画素の画素値の配列に対してデモザイク処理を行うことにより画像データを生成する。 When acquiring image data using an imaging device with color filters, first, pixel values corresponding to respective colors are acquired for each pixel, and the pixel values of each pixel are acquired as an array. Then, image data is generated by performing demosaic processing on the array of pixel values of each pixel.

色フィルタ付き撮像素子を用いて画素ずらしにより複数枚の画像データを取得する場合にも同様に、デモザイク処理を前提とした画素値の配列を構成する必要がある。しかしながら、デモザイク処理を前提とした画素値の配列を複数枚の画像データにより構成するには多くの枚数の画像データを取得しなければならない。 Similarly, when acquiring a plurality of image data by pixel shifting using an imaging device with color filters, it is necessary to form an array of pixel values on the premise of demosaic processing. However, a large number of pieces of image data must be acquired in order to configure the array of pixel values on the premise of demosaic processing from a plurality of pieces of image data.

これに対して、積層構造の撮像素子は、各画素ごとに各色に対応する画素値をそれぞれ直接取得することができる。積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより複数枚の画像データを取得する場合には、色フィルタ付き撮像素子を用いる場合とは異なり、デモザイク処理を前提とした画素値の配列を構成する必要がない。 On the other hand, an imaging device with a laminated structure can directly acquire a pixel value corresponding to each color for each pixel. When acquiring multiple image data by pixel shifting using an image sensor with a laminated structure, unlike the case of using an image sensor with color filters, it is necessary to configure an array of pixel values on the premise of demosaic processing. do not have.

したがって、積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより複数枚の画像データを取得する場合には、画素ずらしにより取得すべき画像データの枚数を少なくすることができ、少なくとも2枚の画像データを取得するだけで、これらに対して合成処理を行うことにより通常の画像データよりも高解像度化された画像データを生成することができる。 Therefore, when acquiring a plurality of pieces of image data by pixel shifting using an imaging device with a laminated structure, the number of pieces of image data to be acquired by pixel shifting can be reduced, and at least two pieces of image data can be acquired. By simply performing a synthesizing process on these, it is possible to generate image data with a resolution higher than that of normal image data.

特に、本実施例の撮像装置100は、3層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより2枚の画像データを取得し、これらに対して合成処理を行うことにより通常の画像データよりも高解像度化された画像データを生成する。 In particular, the image pickup apparatus 100 of the present embodiment acquires two pieces of image data by pixel shifting using an image pickup device with a three-layer structure, and performs synthesis processing on the two pieces of image data, thereby achieving higher resolution than normal image data. image data.

(図1:画素ずらし機構)
次に、画素ずらし機構について説明する。本実施例では、撮像素子120を光軸に垂直な平面上でシフトさせるシフト機構130を画素ずらし機構として採用している。シフト機構130により被写体像と撮像素子120との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせることができる。シフト機構130の駆動手段は、たとえばボイスコイルモータ等である。
(Fig. 1: Pixel shift mechanism)
Next, the pixel shift mechanism will be described. In this embodiment, a shift mechanism 130 that shifts the imaging device 120 on a plane perpendicular to the optical axis is employed as a pixel shift mechanism. The shift mechanism 130 can shift the relative position between the subject image and the imaging device 120 on a plane perpendicular to the optical axis. A driving means for shift mechanism 130 is, for example, a voice coil motor.

シフト機構130は、撮像素子120を光軸に垂直な平面上でシフトさせ、目標位置への正確な位置制御をすることができる。目標位置は撮像素子120の画素ピッチPに基づいて決定される。撮像素子120はシフト機構130により複数の目標位置へ位置制御され、それぞれの目標位置において画像データを取得する。 The shift mechanism 130 shifts the imaging element 120 on a plane perpendicular to the optical axis, and can perform accurate position control to the target position. The target position is determined based on the pixel pitch P of the image pickup device 120 . The imaging element 120 is position-controlled to a plurality of target positions by the shift mechanism 130, and acquires image data at each target position.

なお、撮像素子120の画素ピッチPは、撮像素子120において等間隔に2次元配列された各画素のXY方向の間隔をそれぞれPX及びPYとすることにより設定される。本実施例では、特にXY方向の画素ピッチPを(PX,PY)と表す。XY方向の画素ピッチPについて、PX及びPYが互いに異なる間隔としても構わない。 Note that the pixel pitch P of the image pickup device 120 is set by setting the intervals in the XY directions of the pixels two-dimensionally arranged at equal intervals in the image pickup device 120 to PX and PY, respectively. In this embodiment, the pixel pitch P in the XY directions is expressed as (PX, PY). Regarding the pixel pitch P in the XY directions, PX and PY may be different from each other.

また、画素ずらし機構に撮影レンズの全部または一部を光軸に垂直な平面上でシフトさせるシフト機構を採用してもよい。撮影レンズの全部または一部を光軸に垂直な平面上でシフトさせることによっても、被写体像と撮像素子120との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせることができる。 Further, a shift mechanism that shifts all or part of the photographing lens on a plane perpendicular to the optical axis may be employed as the pixel shift mechanism. By shifting all or part of the photographing lens on a plane perpendicular to the optical axis, the relative position between the subject image and the imaging device 120 can also be shifted on the plane perpendicular to the optical axis.

(図1:画素ずらし合成処理部)
次に、画素ずらし合成処理部140について説明する。図1の画素ずらし合成処理部140において、141は画像データ入力部、142は画像データ配置部、143は再サンプリング部、144は画素混合部、145は画像データ出力部を示す。
(Fig. 1: Pixel shift synthesis processing unit)
Next, the pixel shift synthesis processing unit 140 will be described. 1, 141 is an image data input unit, 142 is an image data arrangement unit, 143 is a resampling unit, 144 is a pixel mixing unit, and 145 is an image data output unit.

画像データ入力部141は画素ずらしにより取得され一時的に保持された複数枚の画像データをDRAM160から画素ずらし合成処理部140へ入力する。本実施例では、2枚の画像データをDRAM160から画素ずらし合成処理部140へ入力する。 The image data input unit 141 inputs a plurality of image data acquired by pixel shifting and temporarily held from the DRAM 160 to the pixel shifting synthesis processing unit 140 . In this embodiment, two image data are input from the DRAM 160 to the pixel shift synthesis processing section 140 .

画像データ配置部142は入力された複数枚の画像データを画素ピッチPに基づいてずらして配置する。本実施例では、撮像素子120に3層構造の撮像素子を採用し、1枚の画像データについて各層の画像データを取得する。そのため、画像データ配置部142は入力された複数枚の画像データについて各層の画像データをずらして配置する。画像データ配置部142による入力された複数枚の画像データの配置方法については後述する。 The image data arrangement unit 142 arranges the input image data of a plurality of sheets by shifting them based on the pixel pitch P. FIG. In this embodiment, an image sensor having a three-layer structure is adopted as the image sensor 120, and image data of each layer is acquired for one image data. Therefore, the image data arrangement unit 142 arranges the image data of each layer with respect to the input image data of a plurality of sheets. A method of arranging the input image data by the image data arranging unit 142 will be described later.

再サンプリング部143はずらして配置された各層の画像データから高解像度化または低解像度化された各層の画像データを再サンプリング処理により再生成する。再サンプリング部143による再サンプリング処理については後述する。 The re-sampling unit 143 re-generates the image data of each layer with high resolution or low resolution by re-sampling processing from the image data of each layer that is staggered. The resampling process by the resampling unit 143 will be described later.

画素混合部144は再サンプリング処理により再生成された各層の画像データを用いて画素混合処理により記録用の画像データを生成する。画素混合部144による画素混合処理については後述する。 The pixel mixing unit 144 generates image data for recording by pixel mixing processing using the image data of each layer regenerated by the resampling processing. Pixel mixing processing by the pixel mixing unit 144 will be described later.

画像データ出力部145は画素混合処理により生成された記録用の画像データを出力する。出力された記録用の画像データは、外部メモリ170に記録されたり、画像圧縮のために不図示の画像圧縮部へ転送されたり、その他の後工程の画像処理を行う不図示の画像処理部へ転送されたりされる。 The image data output unit 145 outputs the image data for recording generated by the pixel mixing process. The output image data for recording is recorded in the external memory 170, transferred to an image compression unit (not shown) for image compression, or sent to an image processing unit (not shown) that performs other post-process image processing. transferred.

(図3:複数枚の画像データの配置方法)
次に、画像データ配置部142による入力された複数枚の画像データの配置方法について説明する。
(Fig. 3: Arrangement method of multiple image data)
Next, a method of arranging the input plural image data by the image data arranging unit 142 will be described.

本実施例の撮像装置100は、撮像素子120に3層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより2枚の画像データを取得する。画像データ配置部142は、2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データを画素ピッチPに基づいてずらして配置する。 The imaging apparatus 100 of the present embodiment employs an imaging device with a three-layer structure as the imaging device 120, and acquires two pieces of image data by pixel shifting. The image data arrangement unit 142 arranges the image data of each layer constituting the image data of the two sheets by shifting them based on the pixel pitch P. FIG.

図3は、画像データ配置部142による画素ずらしにより取得された2枚の画像データの配置方法を示す模式図である。図3において、画像データA及び画像データBは画素ずらしにより取得された2枚の画像データのそれぞれを示す。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a method of arranging two pieces of image data acquired by pixel shifting by the image data arranging unit 142. As shown in FIG. In FIG. 3, image data A and image data B respectively indicate two pieces of image data acquired by pixel shifting.

3層構造の撮像素子により取得された1枚の画像データは、B層(青色)、G層(緑色)、R層(赤色)の画像データから構成される。すなわち、図3において、画像データAは、B層の画像データAB、G層の画像データAG及びR層の画像データARから構成されている。また、画像データBは、B層の画像データBB、G層の画像データBG、R層の画像データBRから構成されている。 One piece of image data acquired by the three-layered imaging device is composed of image data of the B layer (blue), the G layer (green), and the R layer (red). That is, in FIG. 3, the image data A is composed of B-layer image data AB, G-layer image data AG, and R-layer image data AR. The image data B is composed of B-layer image data BB, G-layer image data BG, and R-layer image data BR.

図3に示すように、画像データ配置部142は、画像データA及び画像データBのそれぞれを構成する各層の画像データをずらして配置する。このとき、画像データ配置部142は、各画素の画素位置が互いに重ならないように画像データA及び画像データBのそれぞれを構成する各層の画像データを画素ピッチPに基づいてずらして配置する。 As shown in FIG. 3, the image data arrangement unit 142 arranges the image data of each layer constituting the image data A and the image data B in a shifted manner. At this time, the image data arrangement unit 142 arranges the image data of each layer constituting the image data A and the image data B by shifting them based on the pixel pitch P so that the pixel positions of the pixels do not overlap each other.

図4は、画像データA及び画像データBのそれぞれを構成する各層の画像データが画素ピッチPに基づいてずらして配置された様子を示す模式図である。図4は、画像データA及び画像データBの各層の画像データのうち1つの層の画像データについて示したものであり、その他の層の画像データについても図4と同様となる。図4の模式図は、平面上に2次元配列された各層の画像データを構成する各画素の中心位置により模式的に表されている。すなわち、図4において、各画素の中心位置の配列は各層の画像データを構成する各画素の配列を示している。 FIG. 4 is a schematic diagram showing how the image data of each layer constituting the image data A and the image data B are shifted based on the pixel pitch P and arranged. FIG. 4 shows the image data of one layer among the image data of each layer of the image data A and the image data B, and the image data of the other layers are the same as FIG. The schematic diagram of FIG. 4 is schematically represented by the central position of each pixel constituting image data of each layer two-dimensionally arranged on a plane. That is, in FIG. 4, the arrangement of the center positions of the pixels indicates the arrangement of the pixels forming the image data of each layer.

図4に示すように、画像データA及び画像データBのそれぞれを構成する各層の画像データは、各層の画像データを構成する各画素の中心位置が互いに重ならないように画素ピッチPに基づいてずらして配置される。本実施例では、画素ピッチPの1/2だけずらして配置される。すなわち、各層においてXY方向において画素ピッチPの1/2である(1/2PX,1/2PY)だけずらして配置される。各層におけるずらし量は、本実施例に限られず、画素ピッチPの非整数倍とすることにより、各画素の画素中心が互いに重なることなく画像データA及び画像データBのそれぞれを構成する各層の画像データをずらして配置することができる。 As shown in FIG. 4, the image data of each layer constituting the image data A and the image data B are shifted based on the pixel pitch P so that the center positions of the pixels constituting the image data of each layer do not overlap each other. are placed. In the present embodiment, they are arranged with a shift of 1/2 of the pixel pitch P. FIG. That is, in each layer, they are arranged with a shift of (1/2PX, 1/2PY) which is 1/2 of the pixel pitch P in the XY direction. The amount of shift in each layer is not limited to this embodiment, and by setting it to a non-integer multiple of the pixel pitch P, the pixel centers of the respective pixels do not overlap each other, and the images of each layer constituting the image data A and the image data B are formed. Data can be staggered.

画像データA及び画像データBのそれぞれを構成する各層の画像データが各画素の中心位置が互いに重なるようにずらして配置されてしまうと、各層の画像データを構成する各画素の画素値が単に足し合わされてしまうこととなる。この場合、高解像度化された画像データを再サンプリング処理により再生成することができなくなってしまう。 If the image data of each layer constituting the image data A and the image data B are arranged so that the center positions of the respective pixels overlap with each other, the pixel values of the pixels constituting the image data of each layer are simply added. It will be combined. In this case, it becomes impossible to regenerate the image data with high resolution by resampling processing.

(図1:再サンプリング処理)
次に、再サンプリング処理について説明する。本実施例において、再サンプリング処理とは、ずらして配置された各層の画像データにおいて新たに画素位置を定義し、新たに定義された画素位置において補間演算により画素値を算出することにより各層の画像データを再生成することをいう。
(Figure 1: Resampling process)
Next, resampling processing will be described. In this embodiment, the re-sampling process is defined as a new pixel position in the image data of each layer that is shifted, and calculates the pixel value of each layer by interpolation operation at the newly defined pixel position. Regenerate data.

本実施例では、撮像素子120に3層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより2枚の画像データを取得する。そして、取得された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データをずらして配置した各層の画像データから再サンプリング処理により各層の画像データを再生成する。その際、ずらして配置された各層の画像データは1枚の画像データを構成する各層の画像データの2倍の情報量を有しているため、理論的にはずらして配置された各層の画像データから最大2倍に高解像度化された各層の画像データを再生成することができる。 In this embodiment, an image sensor with a three-layer structure is adopted as the image sensor 120, and two pieces of image data are acquired by pixel shifting. Then, the image data of each layer is regenerated by resampling processing from the image data of each layer in which the image data of each layer constituting the two pieces of acquired image data are shifted and arranged. At this time, since the image data of each layer arranged in a staggered manner has twice the information amount of the image data of each layer constituting one piece of image data, the image data of each layer arranged in a theoretically staggered manner is It is possible to regenerate the image data of each layer whose resolution is doubled at maximum from the data.

ここで、本実施例において、撮像素子120に積層構造の撮像素子(3層構造の撮像素子)を採用し、画素ずらしにより複数枚(2枚)の画像データを取得することにより生じる課題について説明する。 Here, in the present embodiment, a problem caused by adopting an image sensor with a stacked structure (image sensor with a three-layer structure) as the image sensor 120 and acquiring image data for a plurality of images (two images) by pixel shifting will be described. do.

積層構造の撮像素子の構造において、被写体像を画像信号に変換する光電変換部は積層して配置されている。そのため、積層構造の撮像素子により取得される1枚の画像データは積層して配置された光電変換部に対応する各層の画像データから構成される。また、各層の画像データの解像度はそれぞれ色フィルタ付き撮像素子により取得される1枚の画像データの解像度と同等である。したがって、積層構造の撮像素子により取得される画像データの情報量は、色フィルタ付き撮像素子により取得される画像データの情報量と比較して非常に多くなる。 2. Description of the Related Art In the structure of an imaging device having a laminated structure, photoelectric conversion units that convert a subject image into image signals are arranged in a laminated manner. Therefore, the image data of one sheet acquired by the image pickup device having the laminated structure is composed of the image data of each layer corresponding to the photoelectric conversion units arranged in layers. Further, the resolution of the image data of each layer is the same as the resolution of one image data obtained by the image sensor with color filters. Therefore, the information amount of image data acquired by the image sensor having the laminated structure is much larger than the information amount of the image data acquired by the image sensor with the color filter.

また、積層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより複数枚の画像データを取得する場合、取り扱う画像データの情報量はさらに多くなってしまう。 In addition, when an imaging device with a laminated structure is employed and a plurality of pieces of image data are obtained by shifting pixels, the information amount of the image data to be handled is further increased.

取り扱う画像データの情報量が多くなると、画像データを転送するための負担や後工程で画像データを画像処理するための負担が増大してしまう。また、画像データを一時的に保持するためのバッファメモリの容量を大きくしなければならないという問題が生じる。 As the information amount of the image data to be handled increases, the load for transferring the image data and the load for image processing the image data in the post-process increase. Also, there arises a problem that the capacity of the buffer memory for temporarily holding the image data must be increased.

本実施例では、積層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより取得した複数枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データを輝度層と色層とに分け、各層で異なる解像度の画像データを再サンプリング処理により再生成することにより画像データの情報量が大きくなることを抑えた。 In this embodiment, an image pickup device with a laminated structure is used, and image data for each layer constituting multiple image data obtained by pixel shifting is divided into a luminance layer and a color layer, and image data with different resolutions are generated for each layer. An increase in the amount of information in the image data is suppressed by regenerating the image data by resampling.

人間の視覚特性は色情報に比べて輝度情報に敏感であるため、画像データを構成する画像信号のうち輝度信号は色信号に比べて人間の解像感に与える影響が大きい。本実施例では、再サンプリング処理において、各層の画像データを輝度層と色層とに分け、輝度層で再生成される画像データの情報量を増大する一方で、色層で再生成されるの画像データの情報量を削減し、画像データの解像感を維持しつつ、画像データの情報量を抑えることとした。 Since human visual characteristics are more sensitive to luminance information than color information, luminance signals among image signals constituting image data have a greater effect on human resolution than color signals. In the present embodiment, in the resampling process, the image data of each layer is divided into a luminance layer and a color layer to increase the amount of information in the image data regenerated in the luminance layer, while increasing the amount of information regenerated in the color layer. The information amount of the image data is reduced, and the information amount of the image data is suppressed while maintaining the resolution of the image data.

次に、再サンプリング処理においてずらして配置された各層の画像データを輝度層と色層とに分ける方法について説明する。本実施例では、3層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより取得した2枚の画像データを構成する各層の画像データをずらして配置し、各層の画像データのうち、1つの層を輝度層とし、他の層を色層とする。特に、本実施例では、各層の画像データのうち、B層を輝度層とし、G層及びR層を色層とする。各層の画像データを輝度層と色層とに分ける方法は、本実施例の方法に限られない。 Next, a description will be given of a method of dividing the image data of each layer, which are shifted and arranged in the resampling process, into a luminance layer and a color layer. In this embodiment, an image pickup device with a three-layer structure is adopted, and the image data of each layer constituting two pieces of image data acquired by pixel shifting are arranged in a staggered manner. layer, and another layer as a color layer. In particular, in this embodiment, among the image data of each layer, the B layer is the luminance layer, and the G and R layers are the color layers. The method of dividing the image data of each layer into the luminance layer and the color layer is not limited to the method of this embodiment.

また、本実施例の方法のようにあらかじめ各層の画像データについて輝度層と色層とに分けておくのではなく、取得された各層の画像データを評価することにより分けることとしてもよい。たとえば、各層の画像データのうち、最もコントラストの高い画像データが取得された1つの層を輝度層とし、他の層を色層としてもよい。また、たとえば、各層の画像データのうち、最も信号値の高い画像データが取得された1つの層を輝度層とし、他の層を色層としてもよい。 Further, instead of dividing the image data of each layer into the luminance layer and the color layer in advance as in the method of the present embodiment, the acquired image data of each layer may be evaluated and divided. For example, among the image data of each layer, one layer from which image data with the highest contrast is obtained may be set as the luminance layer, and the other layers may be set as the color layers. Further, for example, among the image data of each layer, one layer from which the image data with the highest signal value is obtained may be set as the luminance layer, and the other layers may be set as the color layers.

本実施例では、画像データの情報量を抑えるために、輝度層と色層とに分けた各層の画像データの再サンプリング処理において、輝度情報を得る輝度層では通常の各層の画像データよりも高解像度化された画像データを再生成し、色情報を得る色層では通常の各層の画像データよりも低解像度化された画像データを再生成する。 In this embodiment, in order to reduce the amount of information in the image data, in the resampling process of the image data of each layer divided into the luminance layer and the color layer, the luminance layer from which luminance information is obtained is higher than the normal image data of each layer. Image data with reduced resolution is regenerated, and in color layers from which color information is obtained, image data with lower resolution than normal image data of each layer is regenerated.

輝度層及び色層で再サンプリング処理により再生成される各層の画像データの解像度は、再サンプリング処理により再生成される各層の画像データの画素ピッチP’により決定される。画素ピッチP’は、通常の各層の画像データの画素ピッチP(撮像素子120の画素ピッチP)に基づいて決定される。 The resolution of the image data of each layer regenerated by the resampling process in the luminance layer and the color layer is determined by the pixel pitch P' of the image data of each layer regenerated by the resampling process. The pixel pitch P' is determined based on the normal pixel pitch P of the image data of each layer (the pixel pitch P of the image sensor 120).

再生成される画像データの画素ピッチP’が、通常の各層の画像データの画素ピッチPよりも小さい場合には高解像度化された画像データが再生成され、大きい場合には低解像度化された画像データが再生成される。 When the pixel pitch P' of the image data to be regenerated is smaller than the pixel pitch P of the image data of each normal layer, the image data with high resolution is regenerated, and when it is larger, the resolution is reduced. Image data is regenerated.

本実施例では、再サンプリング処理により再生成される画像データの画素ピッチP’を、輝度層で画素ピッチPの1/√2倍とし、色層で画素ピッチPの2/√2倍としている。これにより、輝度層では通常の各層の画像データよりも2倍に高解像度化された画像データが再生成され、色層では通常の各層の画像データよりも1/2倍に低解像度化された画像データが再生成される。 In this embodiment, the pixel pitch P' of the image data regenerated by the resampling process is 1/√2 times the pixel pitch P in the luminance layer and 2/√2 times the pixel pitch P in the color layer. . As a result, in the luminance layer, image data with twice the resolution of the normal image data in each layer is regenerated, and in the color layer, the resolution is reduced to 1/2 the resolution of the normal image data in each layer. Image data is regenerated.

本実施例では、ずらして配置された各層の画像データについて、輝度層と色層とにおいて再サンプリング処理により再生成される画像データの解像度を異ならせることにより、積層構造の撮像素子を採用しながらも画素ずらしにより高解像度化された画像データを取得する場合の画像データ全体の情報量を抑えることができる。 In this embodiment, for the image data of each layer arranged in a staggered manner, the resolution of the image data regenerated by the resampling process is different between the luminance layer and the color layer, thereby adopting an image pickup device with a laminated structure. It is also possible to suppress the amount of information of the entire image data when acquiring image data with high resolution by pixel shifting.

特に、本実施例では、輝度層で再生成される画像データの解像度を高くして情報量を多くする一方で、色層で再生成される画像データの解像度を低くして情報量を少なくすることにより、輝度層と色層の画像データを合わせた画像データ全体の情報量を抑えることができる。 In particular, in this embodiment, the resolution of the image data regenerated in the luminance layer is increased to increase the amount of information, while the resolution of the image data regenerated in the color layer is decreased to decrease the amount of information. As a result, the information amount of the entire image data including the image data of the luminance layer and the color layer can be suppressed.

次に、輝度層と色層において、各層の画像データを再サンプリング処理により再生成する方法について説明する。 Next, in the luminance layer and the color layer, a method of regenerating the image data of each layer by resampling processing will be described.

まず、ずらして配置された各層の画像データにおいて、再サンプリング処理により再生成される画像データの各画素の画素位置を新たに定義する。各画素の画素位置は通常の各層の画像データの画素ピッチPに基づいて新たに定義される。 First, in the image data of each layer that is shifted and arranged, the pixel position of each pixel of the image data regenerated by the resampling process is newly defined. The pixel position of each pixel is newly defined based on the normal pixel pitch P of the image data of each layer.

次に、新たに定義された各画素の画素位置における画素値の算出に用いられる周辺画素を決定する。周辺画素は、ずらして配置された各層の画像データにおいて、新たに定義された各画素の画素位置から所定の距離にある画素を含むように決定される。 Next, peripheral pixels to be used for calculating the pixel value at the pixel position of each newly defined pixel are determined. The peripheral pixels are determined so as to include pixels at a predetermined distance from the pixel position of each newly defined pixel in the image data of each layer that is staggered.

次に、新たに定義された各画素の画素位置において、決定された周辺画素を用いて画素値を算出する。画素値の算出は、決定された周辺画素の画素値を用いた補間演算により行われる。補間演算の方法には、バイキュービック法、バイリニア法などの従来の方法を適宜採用すればよい。 Next, at the newly defined pixel position of each pixel, the pixel value is calculated using the determined peripheral pixels. Calculation of the pixel value is performed by an interpolation operation using the pixel values of the determined peripheral pixels. A conventional method such as a bicubic method or a bilinear method may be appropriately adopted as the interpolation calculation method.

そして、新たに定義された各画素の画素位置のすべてにおいて算出された画素値の画像信号配列を、各層の画像データとして再生成する。 Then, the image signal array of the pixel values calculated at all of the newly defined pixel positions of each pixel is regenerated as the image data of each layer.

次に、輝度層および色層の再サンプリング処理の方法について説明する。 Next, a method for resampling the luminance layer and the chrominance layer will be described.

(図5:輝度層の再サンプリング処理の方法)
図5を用いて、輝度層の再サンプリング処理の方法について説明する。図5は、3層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより取得された2枚の画像データ(画像データAおよび画像データB)をそれぞれ構成する輝度層の画像データをずらして配置し、ずらして配置された輝度層の画像データから再サンプリング処理により通常の各層の画像データよりも高解像度化された画像データを再生成することを示す模式図である。
(Fig. 5: Re-sampling method of luminance layer)
A method of resampling the luminance layer will be described with reference to FIG. In FIG. 5, an imaging device with a three-layer structure is adopted, and the image data of the luminance layers that constitute two pieces of image data (image data A and image data B) obtained by pixel shifting are shifted and arranged. FIG. 10 is a schematic diagram showing that image data having a higher resolution than normal image data of each layer is regenerated from the image data of the luminance layer arranged in the same manner as the normal image data of each layer by resampling processing.

まず、図5Aに示すように、ずらして配置された輝度層の画像データにおいて、再サンプリング処理により再生成される画像データの各画素の画素位置を新たに定義する。 First, as shown in FIG. 5A, the pixel position of each pixel of the image data regenerated by the resampling process is newly defined in the image data of the luminance layer that is shifted.

輝度層において新たに定義される画素位置は通常の各層の画像データの画素ピッチPに基づいて決定される。輝度層において通常の各層の画像データよりも高解像度化された画像データを再生成するため、輝度層において再サンプリング処理により再生成される画像データの画素ピッチP’Lを、P’L<Pとなるように設定する。本実施例では、輝度層において2倍に高解像度化された画像データを再生成するため、P’L=1/√2Pとなるように設定する。 The pixel positions newly defined in the luminance layer are determined based on the normal pixel pitch P of the image data of each layer. In order to regenerate image data with higher resolution than normal image data of each layer in the luminance layer, the pixel pitch P′L of the image data regenerated by the resampling process in the luminance layer is defined as P′L<P Set to be In this embodiment, P′L is set to 1/√2P in order to regenerate image data whose resolution is doubled in the luminance layer.

図5Aに示すように、ずらして配置された輝度層の画像データの範囲内において画素ピッチP’Lに基づいて各画素の画素位置を新たに定義する。輝度層においてずらして配置された画像データの最も左上の画素の中心位置を原点(0,0)とし、この原点(0,0)を起点として、XY方向に画素ピッチP’L(1/√2PX,1/√2PY)に基づいて画素位置を新たに定義する。これにより、再サンプリング処理により再生成される輝度層の画像データを構成する各画素の画素位置が新たに定義される。 As shown in FIG. 5A, the pixel position of each pixel is newly defined based on the pixel pitch P'L within the range of the image data of the luminance layer that is shifted. The origin (0, 0) is the center position of the upper leftmost pixel of the image data arranged in the luminance layer, and the pixel pitch P′L (1/√ 2PX, 1/√2PY). As a result, the pixel position of each pixel constituting the image data of the luminance layer regenerated by the resampling process is newly defined.

輝度層において、新たに画素位置が定義された各画素からなる画像データのXY方向の画素数は、それぞれ通常の各層の画像データのそれに対して√2倍となる。また、解像度は、アスペクト比を通常の各層の画像データと同じとしたまま、2倍に高解像度化される。なお、画像データを構成するXY方向の画素数は実際には整数でなければならないため、XY方向の画素数はそれぞれ整数となるように端数を切り捨てた画素数に適宜置き換えられる必要がある。 In the luminance layer, the number of pixels in the XY directions of the image data composed of each pixel whose pixel position is newly defined is √2 times that of the normal image data of each layer. Also, the resolution is doubled while keeping the aspect ratio the same as that of the normal image data of each layer. Since the number of pixels in the XY directions that constitute the image data must actually be an integer, the number of pixels in the XY directions must be appropriately replaced with the number of pixels obtained by rounding down the fractions so that the number of pixels in the XY directions becomes an integer.

次に、図5Bに示すように、輝度層において、新たに定義された各画素の画素位置における画素値の算出に用いる周辺画素を決定する。 Next, as shown in FIG. 5B, in the luminance layer, peripheral pixels to be used for calculating the pixel value at the pixel position of each newly defined pixel are determined.

周辺画素は、新たに定義された各画素の画素位置について、ずらして配置された輝度層の画像データを構成する画素のうち、所定の距離にある画素を含むようにそれぞれ決定される。 Peripheral pixels are determined so as to include pixels at a predetermined distance from pixels forming image data of the luminance layer that is shifted and arranged for the newly defined pixel position of each pixel.

本実施例では、輝度層における新たに定義された各画素の画素位置についての周辺画素を次式により決定する。次式においてkを任意に設定して周辺画素を一つ以上含むように輝度層における周辺画素の範囲を定義することにより、新たに定義された画素位置からの所定の距離を調節することができる。なお、周辺画素を決定する方法は次式に限定されない。
|x-x’|+|y-y’|<k(kは任意の正の数)
(x,y):新たに定義された画素位置の座標
(x’,y’):周辺画素の画素位置の座標
In this embodiment, the neighboring pixels for the newly defined pixel position of each pixel in the luminance layer are determined by the following equation. The predetermined distance from the newly defined pixel location can be adjusted by defining the range of surrounding pixels in the luminance layer to include one or more surrounding pixels with arbitrary setting of k in the following equation: . Note that the method for determining the peripheral pixels is not limited to the following formula.
|x−x′|+|y−y′|<k (where k is any positive number)
(x, y): Newly defined pixel position coordinates (x', y'): Pixel position coordinates of surrounding pixels

次に、輝度層の新たに定義された各画素の画素位置について、周辺画素を用いて画素値を算出する。 Next, for the pixel position of each newly defined pixel in the luminance layer, the pixel value is calculated using the surrounding pixels.

新たに定義された各画素の画素位置における画素値は、周辺画素の画素値を用いて補間演算により算出される。補間演算の方法には、バイキュービック法、バイリニア法などの従来の補間演算の方法を適宜採用すればよい。新たに定義された各画素に画素位置すべてにおいて画素値を算出することにより、輝度層において高解像度化された画像データを再生成することができる。 The pixel value at the pixel position of each newly defined pixel is calculated by interpolation using the pixel values of the surrounding pixels. Conventional interpolation calculation methods such as the bicubic method and the bilinear method may be appropriately adopted as the interpolation calculation method. By calculating pixel values at all pixel positions for each newly defined pixel, it is possible to regenerate image data with high resolution in the luminance layer.

(図6:色層の再サンプリング処理の方法)
図6を用いて、色層の再サンプリング処理の方法について説明する。図6は、3層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより取得された2枚の画像データ(画像データAおよび画像データB)をそれぞれ構成する色層の画像データをずらして配置し、ずらして配置された色層の画像データから再サンプリング処理により通常の各層の画像データよりも低解像度化された画像データを再生成することを示す模式図である。
(Fig. 6: How to resampling color layers)
A method of resampling processing for color layers will be described with reference to FIG. In FIG. 6, an imaging device with a three-layer structure is adopted, and image data of color layers constituting two pieces of image data (image data A and image data B) obtained by pixel shifting are arranged in a shifted manner. FIG. 10 is a schematic diagram showing that image data having a lower resolution than normal image data of each layer is regenerated from the image data of the color layers arranged in the same manner by resampling processing.

まず、図6Aに示すように、ずらして配置された色層の画像データにおいて、再サンプリング処理により再生成される画像データの各画素の画素位置を新たに定義する。 First, as shown in FIG. 6A, the pixel position of each pixel of the image data regenerated by the resampling process is newly defined in the image data of the color layers that are shifted.

色層において新たに定義される画素位置は通常の各層の画像データの画素ピッチPに基づいて決定される。色層において通常の各層の画像データよりも低解像度化された画像データを再生成するため、色層において再サンプリング処理により再生成される画像データの画素ピッチP’Cを、P’C>Pとなるように設定する。本実施例では、色層において1/2倍に低解像度化された画像データを再生成するため、P’C=2/√2Pとなるように設定する。 The pixel positions newly defined in the color layer are determined based on the normal pixel pitch P of the image data of each layer. In order to regenerate image data with lower resolution than normal image data of each layer in the color layer, the pixel pitch P'C of the image data regenerated by the resampling process in the color layer is P'C>P. Set to be In this embodiment, P'C is set to 2/√2P in order to regenerate image data whose resolution has been reduced to 1/2 in the color layer.

図6Aに示すように、ずらして配置された色層の画像データの範囲内において画素ピッチP’Cに基づいて各画素の画素位置を新たに定義する。色層においてずらして配置された画像データの最も左上の画素の中心位置を原点(0,0)とし、この原点(0,0)からXY方向に画素ピッチP(PX,PY)の1/2√2だけ移動した画素位置(1/2√2PX,1/2√2PY)を起点として、XY方向に画素ピッチP’C(2/√2PX,2/√2PY)に基づいて画素位置を新たに定義する。これにより、再サンプリング処理により再生成される色層の画像データを構成する各画素の画素位置が新たに定義される。 As shown in FIG. 6A, the pixel position of each pixel is newly defined based on the pixel pitch P'C within the image data of the color layers that are shifted. The origin (0, 0) is the center position of the upper leftmost pixel of the image data arranged in the color layer. Starting from the pixel position (1/2√2PX, 1/2√2PY) shifted by √2, the pixel position is renewed based on the pixel pitch P′C (2/√2PX, 2/√2PY) in the XY direction. defined in As a result, the pixel position of each pixel constituting the image data of the color layer regenerated by the resampling process is newly defined.

また、図6Bに示すように、色層において新たに定義される各画素の画素位置は、輝度層において新たに定義される各画素の画素位置4つに対して1つが定義されることとなる。すなわち、色層で再生成される画像データの解像度は、輝度層で再生成される画像データの1/4倍となる。 Also, as shown in FIG. 6B, one pixel position of each pixel newly defined in the color layer is defined for four pixel positions of each pixel newly defined in the luminance layer. . That is, the resolution of the image data regenerated in the color layer is 1/4 times that of the image data regenerated in the luminance layer.

色層において、新たに画素位置が定義された各画素からなる画像データのXY方向の画素数は、それぞれ通常の各層の画像データのそれに対して1/√2倍となる。また、解像度は、アスペクト比を通常の各層の画像データと同じとしたまま、1/2倍に低解像度化される。なお、画像データを構成するXY方向の画素数は実際には整数でなければならないため、XY方向の画素数はそれぞれ整数となるように端数を切り捨てた画素数に適宜置き換えられる必要がある。 In the color layer, the number of pixels in the XY directions of the image data composed of each pixel whose pixel position is newly defined is 1/√2 times that of the normal image data of each layer. Also, the resolution is reduced to 1/2 times while keeping the aspect ratio the same as that of the normal image data of each layer. Since the number of pixels in the XY directions that constitute the image data must actually be an integer, the number of pixels in the XY directions must be appropriately replaced with the number of pixels obtained by rounding down the fractions so that the number of pixels in the XY directions becomes an integer.

次に、図6Cに示すように、色層において、新たに定義された各画素の画素位置における画素値の算出に用いる周辺画素を決定する。 Next, as shown in FIG. 6C, in the color layer, peripheral pixels to be used for calculating the pixel value at the pixel position of each newly defined pixel are determined.

周辺画素は、新たに定義された各画素の画素位置について、ずらして配置された色層の画像データを構成する画素のうち、所定の距離にある画素を含むようにそれぞれ決定される。 Peripheral pixels are each determined so as to include a pixel at a predetermined distance from among the pixels forming the image data of the shifted color layers for the newly defined pixel position of each pixel.

本実施例では、色層において新たに定義された各画素の画素位置の画素ピッチP’Cは、輝度層において新たに定義された各画素の画素位置の画素ピッチP’Lに比べて大きいため、色層の周辺画素には新たに定義された各画素の画素位置からより離れた距離にある画素をも含めることとしている。 In this embodiment, the pixel pitch P'C of the pixel position of each pixel newly defined in the color layer is larger than the pixel pitch P'L of the pixel position of each pixel newly defined in the luminance layer. , the peripheral pixels of the color layer also include pixels at a greater distance from the pixel positions of the newly defined pixels.

本実施例では、色層における新たに定義された各画素の画素位置についての周辺画素を次式により決定する。次式において2kを任意に設定して周辺画素を一つ以上含むように色層における周辺画素の範囲を定義することにより、新たに定義された画素位置からの所定の距離を調節することができる。なお、周辺画素を決定する方法は次式に限定されない。
|x-x’|+|y-y’|<2k(kは任意の正の数)
(x,y):新たに定義された画素位置の座標
(x’,y’):周辺画素の画素位置の座標
In this embodiment, the neighboring pixels for the pixel position of each newly defined pixel in the color layer are determined by the following equation. By defining the range of surrounding pixels in the color layer to include one or more surrounding pixels with arbitrarily setting 2k in the following equation, the predetermined distance from the newly defined pixel location can be adjusted. . Note that the method for determining the peripheral pixels is not limited to the following formula.
|x−x′|+|y−y′|<2k (where k is any positive number)
(x, y): Newly defined pixel position coordinates (x', y'): Pixel position coordinates of surrounding pixels

次に、色層の新たに定義された各画素の画素位置について、周辺画素を用いて画素値を算出する。 Next, for the pixel position of each newly defined pixel in the color layer, the pixel value is calculated using the surrounding pixels.

新たに定義された各画素の画素位置における画素値は、周辺画素の画素値を用いて補間演算により算出される。補間演算の方法には、バイキュービック法、バイリニア法などの従来の補間演算の方法を適宜採用すればよい。新たに定義された各画素に画素位置すべてにおいて画素値を算出することにより、色層において低解像度化された画像データを再生成することができる。 The pixel value at the pixel position of each newly defined pixel is calculated by interpolation using the pixel values of the surrounding pixels. Conventional interpolation calculation methods such as the bicubic method and the bilinear method may be appropriately adopted as the interpolation calculation method. By calculating pixel values at all pixel positions for each newly defined pixel, it is possible to regenerate image data whose resolution has been reduced in the color layer.

(図1:画素混合処理)
次に、画素混合部144による画素混合処理について説明する。
(Fig. 1: Pixel mixture processing)
Next, pixel mixing processing by the pixel mixing unit 144 will be described.

画素混合処理では、再サンプリング処理により再生成された輝度層の画像データと色層の画像データとを合成して最終的に通常の各層の画像データよりも高解像度化された画像データを生成する。 In the pixel mixing process, the luminance layer image data and the color layer image data regenerated by the resampling process are combined to finally generate image data with higher resolution than the normal image data of each layer. .

本実施例において、画素混合処理とは、再サンプリング処理により再生成された解像度のそれぞれ異なる各層の画像データを用いて、各層の画像データについてノイズリダクション処理および色分離処理を行い、解像度を整合させて合成することにより、最終的に高解像度化された画像データを生成する画像信号処理のことをいう。 In this embodiment, the pixel mixing process is performed by performing noise reduction processing and color separation processing on the image data of each layer using the image data of each layer having different resolutions regenerated by the resampling processing, and matching the resolutions. It is image signal processing that generates image data with high resolution by synthesizing the images.

図7から図10を用いて、本実施例の撮像装置100の制御方法について説明する。以下では、本実施例の撮像装置100の制御方法における撮影動作について説明する。さらに、種々ある撮影動作のうち、特に画素ずらしにより最終的に高解像度化された画像データを生成する撮影動作に限定して説明する。 A control method of the imaging apparatus 100 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 10. FIG. The imaging operation in the control method of the imaging apparatus 100 of this embodiment will be described below. Further, among various photographing operations, the explanation will be limited to the photographing operation for generating image data whose resolution is finally increased by pixel shifting.

(図7:撮影動作の各ステップ)
図7を用いて、撮影動作の各ステップについて説明する。
(Fig. 7: Each step of shooting operation)
Each step of the photographing operation will be described with reference to FIG.

まず、S001において、撮像装置100の制御部はレリーズスイッチがONにされたかどうかを検出する。レリーズスイッチがONにされない場合にはS001に戻り、再びレリーズスイッチがONにされたかどうかを検出する。レリーズスイッチがONにされた場合には続いて合焦動作を行う。 First, in S001, the control unit of the imaging device 100 detects whether or not the release switch has been turned ON. If the release switch has not been turned on, the process returns to S001 to detect whether the release switch has been turned on again. When the release switch is turned on, focusing operation is subsequently performed.

次に、S002において、撮像装置100の制御部は合焦動作を行う。撮像装置100の制御部は、コントラスト検出方式や位相差検出方式などにより検出された合焦評価値に基づいて、撮影レンズ110に含まれるフォーカスレンズ群を被写体に合焦するように駆動させる。 Next, in S002, the control unit of the imaging device 100 performs a focusing operation. The control unit of the imaging device 100 drives the focus lens group included in the photographing lens 110 so as to focus on the subject based on the focus evaluation value detected by the contrast detection method, the phase difference detection method, or the like.

次に、S003において、撮像装置100の制御部は画素ずらしにより2枚の画像データを取得する。画素ずらしは、撮像装置100の制御部が撮像素子120(3層構造の撮像素子)をシフト機構130により光軸に垂直な平面内でシフトさせることにより行う。撮像素子120は、画素ずらしによりシフトされた第1の位置と第2の位置の2ポジションにおいてそれぞれ1枚の画像データを取得する。本実施例において、第1の位置を原点の位置(0,0)とし、第2の位置を原点の位置(0,0)からXY方向に画素ピッチP(PX,PY)の1/2だけずれた位置(1/2PX,1/2PY)とする。S003の画素ずらしによる画像データ取得の各ステップについては後述する。 Next, in S003, the control unit of the imaging apparatus 100 acquires two pieces of image data by pixel shifting. The pixel shift is performed by the control unit of the imaging device 100 shifting the imaging element 120 (three-layered imaging element) using the shift mechanism 130 within a plane perpendicular to the optical axis. The imaging device 120 acquires one image data at each of the two positions shifted by the pixel shift, ie, the first position and the second position. In this embodiment, the first position is the origin position (0, 0), and the second position is 1/2 of the pixel pitch P (PX, PY) in the XY direction from the origin position (0, 0). The shifted position is (1/2PX, 1/2PY). Each step of acquiring image data by pixel shifting in S003 will be described later.

次に、S004において、画素ずらし合成処理部140は画素ずらしにより第1の位置および第2の位置で取得された2枚の画像データを用いて画素ずらし合成処理を行う。ここで、取得された2枚の画像データは、3層構造の撮像素子により取得されており、各層(B層、G層及びR層)の画像データからそれぞれ構成されている。画素ずらし合成処理は、再サンプリング処理によりずらして配置された各層の画像データから通常の各層の画像データよりも高解像度化または低解像度化された画像データを再生成し、画素混合処理により再生成された各層の画像データを用いて最終的に高解像度化された画像データを生成することにより行う。S004の画素ずらし合成処理の各ステップについては後述する。 Next, in S004, the pixel shift synthesis processing unit 140 performs pixel shift synthesis processing using the two image data acquired at the first position and the second position by pixel shifting. Here, the acquired two image data are acquired by an imaging device with a three-layer structure, and are composed of image data of each layer (B layer, G layer, and R layer). In the pixel shift compositing process, image data with higher or lower resolution than the normal image data in each layer is regenerated from the image data in each layer shifted by the resampling process, and regenerated by the pixel mixing process. This is done by generating image data whose resolution has been increased finally using the image data of each layer. Each step of the pixel shift synthesis processing in S004 will be described later.

次に、S005において、最終的に生成された高解像度化された画像データを記録する。最終的に生成された高解像度化された画像データは、保存のために外部メモリ170に記録されたり、他の画像処理のために撮像素子内部の一時メモリに記録されたりする。 Next, in S005, the finally generated high-resolution image data is recorded. The finally generated high-resolution image data is recorded in the external memory 170 for storage, or in a temporary memory inside the image sensor for other image processing.

(図8:画素ずらしによる画像データ取得S003)
次に、図8を用いて、画素ずらしによる画像データ取得(図7:S003)の各ステップについて説明する。
(FIG. 8: Image data acquisition S003 by pixel shift)
Next, each step of image data acquisition (FIG. 7: S003) by pixel shifting will be described with reference to FIG.

まず、S301において、撮像装置100の制御部は画素ずらしにより撮像素子120を第1の位置である原点の位置(0,0)へ移動させる。次に、S302において、撮像素子120を第1の位置において露光させて第1の画像データを取得し、S303において、取得した第1の画像データをDRAM160に一時的に保持する。 First, in S301, the control unit of the imaging apparatus 100 moves the imaging element 120 to the origin position (0, 0), which is the first position, by pixel shifting. Next, in S302, the imaging device 120 is exposed at the first position to acquire first image data, and in S303, the acquired first image data is temporarily stored in the DRAM 160. FIG.

続いて、S304において、撮像装置100の制御部は画素ずらしにより撮像素子120を第2の位置である原点の位置(0,0)からXY方向に画素ピッチP(PX,PY)の1/2だけずれた位置(1/2PX,1/2PY)へ移動させる。次に、S305において、撮像素子120を第2の位置において露光させて第2の画像データを取得し、S306において、取得した第2の画像データをDRAM160に一時的に保持する。このとき、DRAM160には画素ずらしにより取得された2枚の画像データが記録されていることなる。 Subsequently, in S304, the control unit of the imaging device 100 moves the imaging device 120 from the origin position (0, 0), which is the second position, to 1/2 the pixel pitch P (PX, PY) in the XY directions by pixel shifting. 1/2PX, 1/2PY). Next, in S305, the image sensor 120 is exposed at the second position to acquire second image data, and in S306, the acquired second image data is temporarily held in the DRAM 160. FIG. At this time, the DRAM 160 records two pieces of image data acquired by pixel shifting.

本実施例では、画素ずらしによる画像データ取得において、各ポジションで取得する画像データを構成する各画素がそれぞれ互いに重ならないようにするため、撮像素子120を各ポジションで相対的に画素ピッチP(PX,PY)の1/2だけずらした位置へ移動させている。 In the present embodiment, in acquiring image data by pixel shifting, the image sensor 120 is arranged at each position relatively at a pixel pitch P (PX , PY).

(図9:画素ずらし合成処理S004)
次に、図9を用いて、画素ずらし合成処理(図7:S004)の各ステップについて説明する。
(FIG. 9: Pixel shift synthesis processing S004)
Next, each step of the pixel shift synthesis process (FIG. 7: S004) will be described with reference to FIG.

まず、S401において、画素ずらし合成処理部140は、画像データ入力部141によりDRAM160に記録されている2枚の画像データを入力する。 First, in S<b>401 , the image data input unit 141 inputs two image data recorded in the DRAM 160 to the pixel shift synthesis processing unit 140 .

次に、S402において、画素ずらし合成処理部140は、2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データを輝度層と色層とに分ける。本実施例では、あらかじめB層の画像データを輝度層とし、G層及びR層の画像データを色層とする。 Next, in S402, the pixel shift synthesis processing unit 140 divides the image data of each layer constituting the image data of the two sheets into a luminance layer and a color layer. In this embodiment, the image data of the B layer is set as the luminance layer in advance, and the image data of the G layer and the R layer are set as the color layers.

次に、S403において、画素ずらし合成処理部140は、画像データ配置部142により2枚の画像データをそれぞれ構成する輝度層および色層の画像データをそれぞれずらして配置する。このとき、画像データ配置部142は各層の画像データを画素ずらしと同様に相対的に画素ピッチP(PX,PY)の1/2だけずらして配置する。 Next, in S403, the pixel shift synthesis processing unit 140 causes the image data arrangement unit 142 to shift and arrange the image data of the luminance layer and the color layer, which respectively constitute the image data of the two sheets. At this time, the image data arrangement unit 142 arranges the image data of each layer with a relative shift of 1/2 of the pixel pitch P (PX, PY) in the same manner as the pixel shift.

次に、S404において、画素ずらし合成処理部140は、輝度層および色層において、それぞれずらして配置された各層の画像データから、再サンプリング部143により通常の各層の画像データとは解像度の異なる各層の画像データを再生成する。このとき、輝度層において通常の各層の画像データよりも高解像度化された画像データが再生成され、色層において通常の画像データよりも低解像度化された画像データが再生成される。 Next, in S404, the pixel shift synthesis processing unit 140 uses the resampling unit 143 to convert the image data of each layer, which are shifted and arranged in the luminance layer and the color layer, into each layer having a resolution different from that of the normal image data of each layer. regenerate the image data of At this time, in the luminance layer, image data with a higher resolution than the normal image data of each layer is regenerated, and in the color layer, image data with a lower resolution than the normal image data is regenerated.

次に、S405において、画素ずらし合成処理部140は、再生成された輝度層又は色層の画像データを用いて画素混合部144により最終的に高解像度化された画像データを生成する。S405の画素混合処理の各ステップについては後述する。 Next, in S405, the pixel shift synthesis processing unit 140 uses the regenerated image data of the luminance layer or the color layer to generate image data whose resolution is finally increased by the pixel mixing unit 144. FIG. Each step of the pixel mixing process of S405 will be described later.

(図10:画素混合処理S405)
次に、図10を用いて、画素混合処理(図9:S405)の各ステップについて説明する。
(FIG. 10: Pixel mixture processing S405)
Next, each step of the pixel mixing process (FIG. 9: S405) will be described with reference to FIG.

以下の説明において、輝度層及び色層の画像データから構成される1枚の画像データについて、各層の画像データの解像度の比率を用いて表すこととする。また、各層の画像データの解像度の比率は、R層、G層、B層の順に表すこととする。 In the following description, one piece of image data composed of the image data of the luminance layer and the color layer is expressed using the resolution ratio of the image data of each layer. Also, the ratio of the resolution of the image data of each layer is expressed in the order of the R layer, the G layer, and the B layer.

本実施例において、画素ずらし合成処理部140は、1枚の画像データを構成する各層の画像データについて、B層を輝度層、G層及びR層を色層としてあらかじめ分けている。そして、再サンプリング処理により再生成された輝度層と色層との画像データの解像度の比率は4:1である。 In this embodiment, the pixel shift synthesis processing unit 140 divides the image data of each layer constituting one image data in advance into a B layer as a luminance layer and G and R layers as a color layer. The resolution ratio of the image data of the luminance layer and the color layer regenerated by the resampling process is 4:1.

したがって、たとえば、再サンプリング処理により再生成された輝度層および色層の画像データから構成される1枚の画像データは、各層の画像データの解像度の比率を用いて、114画像データと表すことができる。また、たとえば、114画像データから色層であるR層及びG層の画像データを削除した1枚の画像データを、004画像データと表すことができる。 Therefore, for example, one sheet of image data composed of luminance layer and color layer image data regenerated by the resampling process can be expressed as 114 image data using the resolution ratio of the image data of each layer. can. Further, for example, one sheet of image data obtained by deleting the image data of the R layer and the G layer, which are color layers, from the 114 image data can be expressed as 004 image data.

まず、S501において、画素ずらし合成処理部140は、画素混合部144により再サンプリング処理により再生成された114画像データから111画像データ及び004画像データを生成する。 First, in S501, the pixel shift synthesis processing unit 140 generates 111 image data and 004 image data from the 114 image data regenerated by the pixel mixing unit 144 by resampling processing.

ここで、111画像データは、114画像データのR層及びG層の画像データと、114画像データの隣接する4画素1組の画素値を合算したB層の画像データとから構成される画像データである。また、004画像データは、114画像データからR層及びG層の画像データを削除して、114画像データのB層の画像データのみから構成される画像データである。 Here, the 111 image data is image data composed of the image data of the R layer and the G layer of the 114 image data, and the image data of the B layer obtained by summing the pixel values of a set of four adjacent pixels of the 114 image data. is. The 004 image data is image data composed only of the image data of the B layer of the 114 image data by deleting the image data of the R layer and the G layer from the 114 image data.

次に、S502において、S501で生成された111画像データから、さらに、111画像データ及び001画像データを生成する。 Next, in S502, 111 image data and 001 image data are further generated from the 111 image data generated in S501.

ここで、001画像データは、111画像データからR層及びG層の画像データを削除して、111画像データのB層の画像データのみから構成される画像データである。 Here, the 001 image data is image data composed only of the image data of the B layer of the 111 image data by deleting the image data of the R layer and the G layer from the 111 image data.

次に、S503において、S502で生成された111画像データに対してノイズリダクション処理や色分離処理を行い、さらに、S504において、処理後の111画像データに対してアップサンプリング処理を行い、444画像データを生成する。 Next, in S503, the 111 image data generated in S502 are subjected to noise reduction processing and color separation processing. to generate

S504において生成された444画像データを構成する各層の画像データは、それぞれ通常の各層の画像データに対して2倍に高解像度化された画像データに相当する。 The image data of each layer forming the 444 image data generated in S504 corresponds to the image data whose resolution is doubled as compared with the normal image data of each layer.

他方、S505において、S501で生成された004画像データに対してノイズリダクション処理を行う。また、S506において、S502で生成された001画像データに対してアップサンプリング処理を行い、004画像データを生成する。 On the other hand, in S505, noise reduction processing is performed on the 004 image data generated in S501. In S506, the 001 image data generated in S502 is subjected to upsampling processing to generate 004 image data.

そして、S507において、S505で処理された004画像データとS506で生成された004画像データとの差分を算出して差分画像データを生成する。 Then, in S507, difference image data is generated by calculating the difference between the 004 image data processed in S505 and the 004 image data generated in S506.

最後に、S508において、S504で生成された444画像データに対してS507で生成された差分画像データを反映させ、最終的に通常の各層の画像データに対して2倍に高解像度化された各層の画像データから構成される444画像データを生成する。 Finally, in S508, the difference image data generated in S507 is reflected on the 444 image data generated in S504, and finally each layer whose resolution is doubled with respect to the normal image data of each layer is obtained. 444 image data composed of image data of .

本実施例の画素混合処理では、再サンプリング処理により再生成された輝度層及び色層の画像データから構成される114画像データから、一度、111画像データ及び004画像データを生成する。そして、111画像データからは、ノイズリダクション処理等及びアップサンプリング処理を行うことにより444画像データを生成し、004画像データからは、ノイズリダクション処理を行いつつもアップサンプリング処理を行わずに004画像データを生成している。さらに、444画像データに対して差分画像データとした004画像データを反映させることにより、最終的に通常の各層の画像データに対して2倍に高解像度化された各層の画像データから構成される444画像データを生成している。これにより、ノイズリダクション処理等を行った後にアップサンプリング処理を行うことで発生する画像データの色付きの問題を防止することができる。 In the pixel mixing process of this embodiment, 111 image data and 004 image data are once generated from 114 image data composed of image data of the luminance layer and color layer regenerated by the resampling process. Then, from the 111 image data, 444 image data is generated by performing noise reduction processing and the like and upsampling processing, and from the 004 image data, 004 image data is generated without performing the upsampling processing while performing the noise reduction processing. is generating Furthermore, by reflecting the 004 image data, which is the differential image data, on the 444 image data, the final image data of each layer is composed of the image data of each layer whose resolution is twice as high as that of the normal image data of each layer. 444 image data is generated. As a result, it is possible to prevent the problem of coloring of the image data that occurs when the upsampling process is performed after the noise reduction process or the like is performed.

以上の説明のとおり、本発明によれば、画素ずらしにより高解像度化された画像データを取得する撮像装置及び撮像装置の制御方法において、積層構造の撮像素子を採用することにより、画素ずらしにより取得すべき複数枚の画像データの数を少なくすることができる。また、これにより複数枚の画像データのデータ転送や画像処理の負担を抑え、複数枚の画像データを一時的に保持するバッファメモリの容量を抑えることができる。 As described above, according to the present invention, in an imaging device and a control method for an imaging device that acquires image data with high resolution by pixel shifting, by adopting an imaging device with a laminated structure, acquisition is performed by pixel shifting. The number of pieces of image data to be processed can be reduced. In addition, it is possible to reduce the load of data transfer and image processing of multiple image data, and to reduce the capacity of the buffer memory for temporarily holding multiple image data.

また、積層構造の撮像素子を採用し、画素ずらしにより取得された複数枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データの再サンプリング処理において、各層の画像データを輝度層と色層とに分け、輝度層と色層とにおいて再生成される画像データの解像度を異ならせることにより、画像データ全体の情報量を抑えることができる。 In addition, in the resampling process of the image data of each layer that constitutes a plurality of image data acquired by pixel shifting, the image data of each layer is divided into a luminance layer and a color layer, By making the resolution of the reproduced image data different between the luminance layer and the color layer, the information amount of the entire image data can be suppressed.

100 撮像装置
110 撮影レンズ
120 撮像素子
130 シフト機構
140 画素ずらし合成処理部
141 画像データ入力部
142 画像データ配置部
143 再サンプリング部
144 画素混合部
145 画像データ出力部
150 バス
160 DRAM
170 外部メモリ
REFERENCE SIGNS LIST 100 imaging device 110 photographic lens 120 imaging device 130 shift mechanism 140 pixel shift synthesis processing unit 141 image data input unit 142 image data arrangement unit 143 resampling unit 144 pixel mixing unit 145 image data output unit 150 bus 160 DRAM
170 external memory

Claims (8)

画素ずらしにより取得された複数枚の画像データを用いて合成処理により通常の画像データよりも高解像度化された画像データを生成する撮像装置であって、
被写体光を被写体像として結像面へ結像させる撮影レンズと、被写体像を画像信号に変換する光電変換部が積層された積層構造の撮像素子と、被写体像と前記積層構造の撮像素子との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせる画素ずらし機構と、画素ずらしにより取得された複数枚の画像データから合成処理により1枚の画像データを生成する画素ずらし合成処理部を備え、
前記画素ずらし合成処理部は、画素ずらしにより取得された2枚の画像データを入力する画像データ入力部と、2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データをずらして配置する画像データ配置部と、ずらして配置された各層の画像データから再サンプリング処理により各層の画像データを再生成する再サンプリング部と、再生成された各層の画像データを用いて画素混合処理により1枚の画像データを生成する画素混合部と、画素混合処理により生成された1枚の画像データを出力する画像データ出力部を備えることを特徴とする撮像装置。
An imaging device that generates image data having a higher resolution than normal image data by synthesizing a plurality of pieces of image data acquired by pixel shifting,
A photographing lens that forms an image of subject light on an imaging surface as a subject image; an imaging device with a laminated structure in which a photoelectric conversion unit that converts the subject image into an image signal is laminated; Equipped with a pixel shift mechanism that shifts the relative position on a plane perpendicular to the optical axis, and a pixel shift synthesis processing unit that generates one image data by synthesis processing from multiple image data acquired by pixel shifting,
The pixel shift synthesis processing unit includes an image data input unit for inputting the two image data acquired by pixel shifting, and an image data arrangement unit for shifting and arranging the image data of each layer constituting the two image data respectively. a resampling unit that regenerates the image data of each layer by resampling processing from the image data of each layer that is staggered; 1. An imaging apparatus comprising: a pixel mixing section for generating; and an image data output section for outputting one image data generated by the pixel mixing processing.
前記画素ずらし機構は、前記積層構造の撮像素子を光軸に垂直な方向へ移動させることにより、被写体像と前記積層構造の撮像素子との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The pixel shift mechanism shifts the relative position between the subject image and the image pickup device with the laminated structure on a plane perpendicular to the optical axis by moving the image pickup device with the laminated structure in a direction perpendicular to the optical axis. The imaging device according to claim 1, characterized by: 前記画素ずらし機構は、前記撮影レンズの全部又は一部を光軸に垂直な方向へ移動させることにより、被写体像と前記積層構造の撮像素子との相対位置を光軸に垂直な平面上でシフトさせることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The pixel shift mechanism shifts the relative position between the subject image and the image sensor having the laminated structure on a plane perpendicular to the optical axis by moving all or part of the photographing lens in a direction perpendicular to the optical axis. 2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus 前記画素ずらし機構は、被写体像と前記積層構造の撮像素子との相対位置を光軸に垂直な平面上でXY方向に前記積層構造の撮像素子の画素ピッチの1/2だけシフトさせることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の撮像装置。 The pixel shift mechanism is characterized in that the relative position between the subject image and the image sensor with the stacked structure is shifted in the XY directions on a plane perpendicular to the optical axis by 1/2 of the pixel pitch of the image sensor with the stacked structure. 4. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記画素ずらし合成処理部は、前記積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより取得された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データを輝度層と色層とに分け、
再サンプリング処理により、輝度層において通常の画像データよりも高解像度化された画像データを再生成し、色層において通常の画像データよりも低解像度化された画像データを再生成することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の撮像装置。
The pixel shift synthesis processing unit divides the image data of each layer constituting the two image data obtained by pixel shifting using the image sensor of the laminated structure into a luminance layer and a color layer,
The resampling process regenerates image data having a higher resolution than normal image data in the luminance layer, and regenerates image data having a lower resolution than normal image data in the color layer. 5. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記画素ずらし合成処理部は、前記積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより取得された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データのうち最もコントラストの高い層の画像データを輝度層とし、それ以外の層の画像データを色層とすることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 The pixel shift synthesis processing unit sets the image data of the layer having the highest contrast among the image data of each layer constituting the two pieces of image data obtained by pixel shifting using the image sensor having the laminated structure as the luminance layer. 6. The image pickup apparatus according to claim 5, wherein the image data of layers other than that are used as color layers. 前記画素ずらし合成処理部は、前記積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより取得された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データのうち最も信号値の高い層の画像データを輝度層とし、それ以外の層の画像データを色層とすることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 The pixel shift synthesis processing unit synthesizes the image data of the layer having the highest signal value among the image data of each layer constituting the two pieces of image data obtained by pixel shifting using the image pickup device having the layered structure. 6. The imaging apparatus according to claim 5, wherein the image data of other layers are used as color layers. 画素ずらしにより取得された複数枚の画像データを用いて合成処理により通常の画像データよりも高解像度化された画像データを生成する撮像装置の制御方法であって、
積層構造の撮像素子を用いて画素ずらしにより2枚の画像データを取得する画像データ取得ステップと、取得された2枚の画像データを入力する画像データ入力ステップと、入力された2枚の画像データをそれぞれ構成する各層の画像データをずらして配置する画像データ配置ステップと、再サンプリング処理によりずらして配置された各層の画像データを用いて各層の画像データを再生成する再サンプリング処理ステップと、画素混合処理により再生成された各層の画像データを用いて1枚の画像データを生成する画素混合処理ステップと、生成された1枚の画像データを出力する画像データ出力ステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
A control method for an imaging device for generating image data having a higher resolution than normal image data by synthesizing multiple pieces of image data acquired by pixel shifting, the method comprising:
An image data acquisition step of acquiring data of two images by pixel shifting using an imaging device with a laminated structure, an image data input step of inputting the acquired image data of the two images, and the input image data of the two images. a resampling step of regenerating the image data of each layer using the image data of each layer shifted by resampling; a pixel characterized by having a pixel mixing processing step of generating one image data using the image data of each layer regenerated by the mixing processing, and an image data output step of outputting the generated one image data A control method for an imaging device.
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