JP3223972B2 - デジタルカメラおよび画像データ処理方法 - Google Patents

デジタルカメラおよび画像データ処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、撮影対象からの光
をデジタル信号に変換し圧縮して記録することのできる
デジタルカメラ及びデジタル画像データを圧縮して処理
する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】コンピュータなどを用いた画像処理装置
で高品質の画像データを取り扱うためには、大容量のメ
モリや記録媒体が必要になる。画像データの保存や受け
渡しのために、画像データをなるべく画質が劣化しない
ように圧縮して処理することが望ましい。
【0003】このような画像処理装置として、CCD等
の撮像手段により光を電気信号に変換し、その電気信号
をデジタルデータに変換してフラッシュメモリ等の記録
媒体に記録するデジタルカメラが知られている。デジタ
ルカメラを用いると、パーソナルコンピュータ等を用い
て画像データの保存や様々な加工を個人で手軽に行える
ほか、プリンタに画像データを出力することによりフィ
ルムの現像をすることなく写真を印刷することができ
る。プリンタの印刷品質の向上により、銀塩写真とほと
んど区別がつかないほど品質の高い写真も印刷できるよ
うになってきている。
【0004】上記のようなデジタルカメラでは、記録媒
体の容量に制限があるため、画像データは例えばJPE
G(Joint Photographic coding Experts Group)の規
格に準拠した非可逆圧縮方法により圧縮し、容量を小さ
くして記録できる枚数を多くすることが行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように画像を非可逆圧縮して記録するデジタルカメラで
は、圧縮時に画質が劣化するという宿命的な問題があっ
た。可逆圧縮や非圧縮の画像データを記録媒体に記録す
ることも考えられるが、非可逆圧縮を行った場合と比べ
て、画像データ容量が大幅に大きいため、所定容量のメ
モリカード等の記録媒体に記録できる画像枚数が大幅に
少なくなるという問題があった。なお、解像度の大きな
画素数の多い画像データほど非可逆圧縮時の画質の劣化
度合いが少ないこともよく知られている。
【0006】画像データの画素数とその画像データをJ
PEG圧縮した時のデータ量との関係について、本願発
明者は以下のような関係を見いだした。例えば、640
×480画素で撮影した画像データをJPEG圧縮した
データ量と、同じ対象物を1280×960画素で撮影
しJPEG圧縮したデータ量とを比べると、画素数では
2×2=4倍となるが、同一の量子化テーブルを使用し
てJPEG圧縮したデータ量は約3倍程度であり、画素
数の増加ほどには増えないことが判った。もちろん、画
質においては、1280×960画素で撮影したものの
方が良好である。
【0007】そして、ある画素数で撮影した画像データ
をそのままJPEG圧縮するのではなく、画素を補間し
てより画素数の多い画像データとした後にJPEG圧縮
することによって、より画質劣化の少ない画像が得られ
るのではないかとの着想に至った。
【0008】本発明は、上記のような事実の発見に基づ
いてなされたものであり、JPEG圧縮などの非可逆圧
縮を採用しても圧縮による画質の劣化を低減することが
でき、またデータの補間により画像を拡大した後に圧縮
することによる記録枚数の減少を実用的な範囲に抑える
ことのできるデジタルカメラを提供することにある。本
発明の別の目的は、デジタル画像データの画質の劣化を
低減して圧縮する方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
デジタルカメラまたは請求項記載の画像データ処理方
法によれば、画像データを画素補間して拡大し前記画像
データの画素数よりも多い画素を有する拡大画像データ
を作成し、拡大画像データを非可逆圧縮して圧縮画像デ
ータを作成する。画像データは補間処理により拡大され
た後に圧縮されるため、圧縮による画質の劣化を低減し
つつ、画像データの容量を小さくすることができる。
【0010】本発明の請求項2記載のデジタルカメラま
たは請求項記載の画像データ処理方法によれば、非可
逆圧縮は拡大画像データの高周波成分を除くため、人間
の目に画質の劣化が目立たないように画像データを圧縮
することができる。このような圧縮方法として、例えば
JPEGの規格に準拠した方法を用いることができる。
【0011】本発明の請求項3記載のデジタルカメラま
たは請求項記載の画像データ処理方法によれば、補間
をする際にスムース化処理を行うため、人間の目で自然
に見えるように補間して拡大画像データを作成すること
ができる。そして、輪郭、境界がギザギザになる、ジャ
ギーノイズを目立たないようにすることができる。本発
明の請求項4記載のデジタルカメラによれば、前記補間
手段は、前記撮像手段の画素より多い画素を有する拡大
画像データを作成する。
【0012】 〔発明の詳細な説明〕以下、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。図2は本発明の一実施例による
画像データ処理方法を用いて画像データを記録するデジ
タルカメラ10の構造を説明するためのブロック図であ
る。制御部11、集光レンズ12、撮像手段としてのC
CD(Charge Coupled Device )13、A/D変換器1
4、画像データを一時的に記憶するRAM(Random Acc
ess Memory)15、画像データを記録するフラッシュメ
モリ16、画像を表示する液晶表示装置(LCD)1
7、液晶表示装置に表示される画像のためのデータが格
納されるVRAM(Video RAM)18、フラッシュメモ
リ16の内容を外部機器に出力するためのインターフェ
イス19などから構成される。
【0013】制御部11はCPUと、デジタルカメラ1
0の様々な制御を行うためのプログラムが記録されたR
OMと、入出力手段とを備え、デジタルカメラ10に設
けられる他の装置の制御を行う。1つの制御部11で全
ての制御を行うほか、複数の制御部を設けてもよい。集
光レンズ12には集光レンズ12に入力される光量を調
節するための絞り121が設けられている。CCD13
は、Cy(Cyan)、Mg(Magenta)、Ye(Yello
w)、G(Green)の補色フィルタのいずれかを有する正
方形の撮像素子が図3に示すようにマトリックス状に配
置されている。そのため、デジタルカメラ10はカラー
画像を撮影することができる。補色フィルタは、Cy、
Mg、Yeの3色の場合もある。R(Red)、G(Gree
n)、B(Blue)の原色フィルタを有するCCDを用い
る場合もある。
【0014】A/D変換器14と制御部11および制御
部11に記録されたプログラムとにより、CCD13か
らの出力信号を画像データに変換する特許請求の範囲に
記載の変換手段を構成している。RAM15としてはセ
ルフリフレッシュ機能をもつDRAM(Dynamic RAM)
が用いられる。フラッシュメモリ16は通電しなくても
記録内容を保持することのできる書換え可能な記録媒体
であり、デジタルカメラ10に内蔵されるか、あるいは
着脱自在にデジタルカメラ10に取り付けられている。
フラッシュメモリ16として例えばPCMCIA規格に
準拠したメモリカード、またはPCMCIAカードアダ
プタに取付け可能なメモリカードを用いることにより、
PCMCIAカード用スロットを有するパーソナルコン
ピュータでフラッシ+ュメモリ16の内容を直接読み書
きすることができる。
【0015】図4、5は本実施例のデジタルカメラ10
を示す平面図および背面図である。シャッターボタン1
01を押すことにより撮影が行われる。制御部11は、
シャッターボタン101を可動範囲の中間の所定位置ま
で押した「半押し」と、可動範囲の限界あるいは限界近
傍まで押した「全押し」を区別して認識することができ
る。使用者は、LCD17のモードを切り替えるモード
切り替えダイヤル102により「View」、「O
n」、「Off」、「Play」の4つのモード中から
いずれか1つを選択する。「View」モードは、LC
D17をファインダーとして用いて撮影を行うモードで
ある。「On」はデジタルカメラ10の消費電力を節約
するためにLCD17を非表示にし、光学ファインダー
101を覗いて撮影を行うモードである。「Play」
モードは、すでに撮影され、フラッシュメモリ16に記
録された画像データに基づく画像を表示するモードであ
る。モード切り替えダイヤル102を「Off」に合わ
せるとデジタルカメラ10の電源がオフになる。
【0016】次に、本実施例のデジタルカメラ10の動
作を説明する。モード切り替えダイヤル102を「Pl
ay」に合わせると、LCD17にフラッシュメモリ1
6内の画像データに基づいた画像が表示される。第1の
矢印キー104を押すと、前の画像が表示され、第2の
矢印キー105を押すと次の画像が表示される。
【0017】セレクトキー106を押すと、メニュー表
示モードになり、日付や画質など各種の設定をすること
ができる。第1の矢印キー104と第2の矢印キー10
5によって設定する項目を選択し、もう一度セレクトキ
ー106を押すことにより、設定の変更ができる状態に
なる。ここで、第1の矢印キー104と第2の矢印キー
105によって数値などの条件を変更することができ
る。また、ESCキー103を押すことにより、前の画
面に戻ることができる。
【0018】モード切り替えダイヤル102が「Vie
w」の位置にあるときは、数分の1秒〜数十分の1秒毎
に集光レンズ12によりCCD13に集光された光が電
気信号に変換され、デジタルの画像データに変換されて
VRAM18に転送され、LCD17に撮影対象が動画
として表示される。
【0019】撮影時の露光は、CCD13から出力され
るデータに基づいて、制御部11が集光レンズ12の絞
り121やシャッタースピードすなわちCCD13の蓄
積時間を制御することによって変更される。制御部11
によって自動的に設定される露光を自動露光とする。デ
ジタルカメラ10のシャッターは物理的に外部からCC
D13への光を遮るシャッターまたはCCD13の電子
シャッター、あるいはその両方を用いることができる。
【0020】使用者がデジタルカメラ10のシャッター
ボタン101を半押しすると、CCD13が認識する画
像に適切な露光やフォーカスが設定され、シャッターボ
タン101が半押しの間、露光やフォーカスが固定され
る。
【0021】使用者がシャッターボタン101を全押し
すると、図1に示すような行程にしたがって画像の記録
が開始される。これらの処理は、制御部11がコンピュ
ータプログラムを実行することにより行われる。
【0022】ステップS101では、CCD13に蓄積
された電荷が一旦すべて放電され、その後集光レンズ1
2により集光された光がCCD13に入力される。CC
D13では光が光量に応じた電荷に変換される。CCD
13から出力された電気信号は、A/D変換器14によ
りデジタル信号に変換される。A/D変換器14から出
力されるデジタルデータは高速化のためDMA(Direct
Memory Access)により制御部11を介さずに直接RA
M15のアドレスを指定して転送される。
【0023】CCD13から転送されたデータは、図3
に示すようなフィルタを透過した光の輝度を示すもので
あり、1画素について1色相当の情報しかもたないた
め、ステップS102ではRAM15に記憶されたデー
タについて以下のように色補間処理を行うことにより、
例えば1280×960画素の画像データを作成する。
【0024】まず、本実施例では画像データをJPEG
(Joint Photographic Experts Group)形式に圧縮して
記録するため、JPEG形式のデータを生成するのに必
要な画像の輝度成分Y成分を、
【0025】Y={G+Mg+Ye+Cy}×1/4
= 1/4{2B+3G+2R} の近似式で、また、クロマ(色差)成分を、 R−Y={(Mg+Ye)−(G+Cy)}={2R−
G} B−Y={(Mg+Cy)−(G+Ye)}={2B−
G} の近似式で、注目画素の周囲の色情報を用いて計算して
求める。このようにして算出した輝度信号Yと色差信号
(UV)の内、輝度成分は1280×960の画素を計
算し、色差成分は水平方向の画素を2画素単位で計算し
て640×960の画素として算出する。この方法は、
いわゆるJPEG圧縮の4:2:2と言われる方法で色
成分の情報を部分的に相加平均処理してデータの圧縮を
図っている。以上の処理により、1280×960画素
のYデータと、640×960画素のU、Vデータが算
出される。
【0026】ステップS103では、ステップS102
で作成された1280×960画素の画像データから、
1600×1200画素の拡大画像データを作成する。
拡大画像データの作成時には、3次畳み込み内挿法(Cub
ic Convolution interpolation)等の拡大処理が行われ
る。このときの拡大処理としては、例えば特願平10−
290858号に示されるスムース化処理を伴う補間拡
大処理が望ましい。例えば、図6の(A)に示すような
4×4画素の画像を5×5画素の画像に拡大する場合、
単純に画素数の比で座標を変換すると、図6の(B)の
ように不自然な形に拡大される場合がある。本実施例で
は、図6の(C)に示すように自然な形に拡大すること
ができる。さらに、画像の輪郭部分では輪郭がどの方向
にあるかを検出して方向を予測しながら周辺画素からの
計算時の重みを変えることにより、ギザギザの目立たな
い、より輪郭が綺麗な状態で拡大することができる。
【0027】ステップS104では、フラッシュメモリ
16への記録枚数を多くするためにJPEGの規格によ
る非可逆圧縮方式により圧縮し、容量の小さな圧縮画像
データを生成する。JPEGは一般に用いられるカラー
画像の圧縮方法であり、圧縮率を変更することにより保
存画質を調整することができる。JPEG圧縮は、制御
部11によってソフトウェア的に行うほか、高速化のた
めに専用の回路を用いることができる。
【0028】JPEG圧縮は、次のような原理により圧
縮される。JPEG圧縮では、まず画像のY、U、Vの
各データを8×8画素毎のブロックに分割する。128
0×960画素の画像の場合は、160×120ブロッ
クに分け、1600×1200画素の画像の場合は、2
00×150のブロックに分ける。元の画像と拡大した
画像のブロックとで比較すると、画像の中での位置から
考えると、より細分化してブロック分けすることに相当
する。
【0029】JPEG圧縮では、このブロック単位に圧
縮が行われる。各ブロックごとに画素同士の濃度の相対
関係(空間周波数)を調べ、DCT(拡散コサイン変
換)方式により画像データを低周波数項と、高周波数項
に分ける。例えば、図7の(A)に示すような市松模様
の画像は空間周波数が高く、図7の(B)に示すように
同じ階調で埋められた画像は空間周波数が低い。そし
て、所定の量子化テーブルを用いて量子化することによ
り高周波数項を取り除き、最後にハフマン符号化するこ
とにより、データの圧縮を行う。ハフマン符号化では、
データの可逆性は満足されており、処理の前後でデータ
の欠損はない。このハフマン符号化による圧縮により、
データ容量を1/2程度以下にできる。また、DCT処
理と量子化により高周波数項を除く割合を変えることに
よって圧縮率を変更することができる。
【0030】8×8画素のブロックの中に、より複雑な
情報(高周波成分)が含まれている場合は、量子化する
と、より大きく情報の欠損が発生する。デジタルカメラ
10で撮影した画像には一般に高周波成分が多く含まれ
ている。しかし、画像の中の極々小さい部分(ブロッ
ク)を考えた場合、ブロック内には高周波成分はほとん
ど含まれておらず、平坦な輝度と色をもった面に近くな
る。そのような平坦な画像に対してDCT処理を行う
と、より情報の集中化が起こり量子化の影響を受け難
く、ハフマン符号化による圧縮率が高くなる。
【0031】本実施例では、拡大前の1280×960
画素の画像であれば160×120ブロックに分ける所
を、拡大後の1600×1200画素の画像の場合は、
200×150のブロックに分けるため、拡大後の各ブ
ロック内の複雑さはより小さくなっており、圧縮による
効果が高くなる。
【0032】以下に、画像を圧縮した場合の画像データ
の大きさを示す。例えば、1280×960画素のある
画像データを所定の量子化テーブルを用いてJPEG圧
縮すると、440KB(キロバイト)になった。同じ画
像を上記の拡大処理で拡大した後に同一の量子化テーブ
ルを用いて圧縮すると、500KBとなった。
【0033】1280×960画素の画像を単純に16
00×1200画素の画像に拡大すると、画素数の比で
はデータ量は1.5倍以上になり、JPEG圧縮後には
約680KBになると予想するのが通常であるが、本実
施例によるJPEG圧縮では、画像の拡大によるブロッ
ク内情報の集中化によりハフマン符号化による圧縮率が
大きく向上し、データ量増加の割合は画素数増加の割合
よりも少なくなった。
【0034】ステップS104でJPEG圧縮された圧
縮画像データは、ステップS105でフラッシュメモリ
16に記録される。圧縮画像データに基づく画像は、特
に圧縮率を高くした場合、8×8画素単位のブロックの
形が目立つ、いわゆるブロックノイズが発生して画質が
劣化するが、本実施例では、拡大画像データをJPEG
圧縮するため、単位面積あたりのブロックの大きさが相
対的に小さくなり、画質の劣化を低減することができ
る。
【0035】画像データがフラッシュメモリ16に記録
開始されてから完了するまでには数秒から十数秒の時間
がかかる場合があるが、その間LCD17には画像デー
タに基づいた画像が表示され続ける。
【0036】モード切り替えダイヤル102が「On」
の位置にあるときは、LCD17には通電されず、LC
D17は常に非表示の状態である。通常はCCD13に
通電されない状態であり、使用者がシャッターボタン1
01を半押した段階でCCD13の作動が開始する。そ
の他の動作は「View」モードと同様である。
【0037】本実施例のデジタルカメラ10では、CC
D13から取り出した画像データに関する情報を、拡大
してからJPEG圧縮することにより、拡大に伴うデー
タ量増加よりも圧縮率の向上が図られるため、拡大量に
比べデータ量の増加が少なく、効率良く精細な画像デー
タを保存することができる。また、JPEG圧縮処理前
の画像情報を利用して拡大するために、JPEG圧縮処
理後のデータを利用して拡大する場合と比較して、より
良質な拡大画像を得ることが可能になる。
【0038】一般に、デジタルカメラで撮影した画像を
プリンタに出力する場合は、拡大することが多いため、
カメラ内で事前に拡大処理が行われることは良質な画像
を印刷するのに便利である。また、JPEG圧縮した画
像データの大きさを同じサイズにした場合、より量子化
テーブルの小さなデータにすることにより、画像の欠損
を防止することが可能になる。
【0039】本実施例では、1280×960画素の画
像を縦横それぞれ1.25倍の1600×1200画素
に拡大したが、1.5倍や2倍等、その他の倍率に拡大
することができるのはもちろんのことである。
【0040】また、本実施例では、CCD13の各撮像
素子が正方形であるものを用いたデジタルカメラに本発
明を適用したが、長方形の撮像素子からなるCCDを用
いたデジタルカメラに本発明を適用することもできる。
【0041】また、本実施例では、静止画を撮影するデ
ジタル(スチル)カメラについて説明したが、本発明と
してはMPEG(Motion Picture Experts Group)など
の圧縮方法により画像を圧縮して動画を記録するデジタ
ルビデオカメラにも適用することができる。なお、本実
施例と、従来から行われている拡大せずにJPEG圧縮
する技術とを、使用者が選択可能な構成にすることもで
きる。
【0042】また、本実施例では、本発明の画像データ
処理方法を、記録媒体にデータを記録するデジタルカメ
ラに適用したが、圧縮された画像データを記録せず、通
信回線などにより他の機器に転送するデジタルカメラ
や、その他の画像処理装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のデジタルカメラにより画像
データを記録する手順を示すフローチャートである。
【図2】本発明の一実施例によるデジタルカメラを示す
ブロック図である。
【図3】本発明の一実施例によるデジタルカメラのCC
Dに設けられるフィルタを示す模式図である。
【図4】本発明の一実施例によるデジタルカメラを示す
平面図である。
【図5】本発明の一実施例によるデジタルカメラを示す
背面図である。
【図6】本発明の一実施例のデジタルカメラによるスム
ース化を説明する図である。
【図7】空間周波数の高い画像と低い画像を説明する図
である。
【符号の説明】
10 デジタルカメラ 11 制御部 12 集光レンズ 121 絞り 13 CCD(撮像手段) 14 A/D変換器(変換手段) 15 RAM 16 フラッシュメモリ(記録手段) 17 液晶表示装置(LCD) 18 VRAM 19 インターフェイス 101 シャッターボタン 108 光学ファインダー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/76 - 5/956 H04N 1/41 - 1/419 H04N 5/225 - 5/243 H04N 9/79 - 9/898 H04N 101:00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 撮影対象からの光を電気信号に変換する
    撮像手段と、 前記撮像手段からの出力信号を画像データに変換する変
    換手段と、 前記画像データを画素補間して拡大し前記画像データの
    画素数よりも多い画素を有する拡大画像データを作成す
    る補間手段と、 前記拡大画像データを非可逆圧縮して圧縮画像データを
    作成する圧縮手段と、 前記圧縮画像データを記録する記録手段と、 前記撮像手段、変換手段、補間手段、圧縮手段および記
    録手段の制御を行う制御部と、 を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
  2. 【請求項2】 前記非可逆圧縮は前記拡大画像データの
    高周波成分を除くことを特徴とする請求項1に記載のデ
    ジタルカメラ。
  3. 【請求項3】 前記補間手段は、スムース化処理を行う
    ことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の
    デジタルカメラ。
  4. 【請求項4】 前記補間手段は、前記撮像手段の画素よ
    り多い画素を有する拡大画像データを作成することを特
    徴とする請求項1、2または3のいずれかに記載のデジ
    タルカメラ。
  5. 【請求項5】 画像データを画素補間して拡大し前記画
    像データの画素数よりも多い画素を有する拡大画像デー
    タを作成する手順と、 前記拡大画像データを非可逆圧縮して圧縮画像データを
    作成する手順と、 を含むことを特徴とする画像データ処理方法。
  6. 【請求項6】 前記非可逆圧縮は前記拡大画像データの
    高周波成分を除くことを特徴とする請求項に記載の画
    像データ処理方法。
  7. 【請求項7】 前記拡大画像データを作成する手順で、
    スムース化処理を行うことを特徴とする請求項5または
    のいずれかに記載の画像データ処理方法。
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