JP3899144B2 - Image processing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理装置に関し、特に、局所領域に関して算出された空間的相関情報に基づいて画像信号を推定する画像処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、従来から用いられている銀塩フィルムに代わり、CCDなどの固体撮像素子を用いた撮像システムが急速に普及しつつある。このような撮像システムでは、カラー画像情報を3色の色情報もしくは輝度、色差情報として保存する。例えば、デジタルカメラなどの撮像系では、一般に3色に対応して分光感度の異なる3種類のフィルタをCCDの前面に配置することにより、それぞれの色信号情報を取得することを原理としており、色信号情報を取得するためには1画素につき3種類のセンサが必要となる。
【0003】
このように、撮像システムを実現する場合、被写体からの入射光を分割するための光学系と、分光感度の異なる3種類のフィルタを配置した3枚のCCDとからなる3板式の撮像装置が用いられているが、3枚のCCDと分割光学系とを用いることにより高価な装置となってしまう。
【0004】
そこで、1枚のCCDの各画素に各色フィルタを適当に配置し、各画素で異なる色情報を有する画像情報を取得する単板式のデジタルカメラが安価な装置として普及している。この場合、空間的補間処理などの後処理により各画素で3色の色情報を有する画像情報を推定している。
【0005】
単板式の撮像装置における色情報補間の最も基本的な方法としては、補間画素近傍の画素情報からの線形補間が用いられるが、この補間処理は画像情報が補間に用いる画素間で緩やかに変化している場合を仮定した処理であるため、画像のエッジ部などの高空間周波数成分を多く含む領域では、偽色を発する結果となる。このような不具合を改善する画像情報の推定方法がいくつか提案されている。
【0006】
第1は、画像のエッジや特定の画像構造を認識して画像構造に応じて適応的に処理方法を変えることで、一般に推定誤差の大きくなる構造にも対応するものである。例えば特開平6−303617号公報では、推定画素近傍の輝度変化に応じて3種類の補間方法を切り替えて用いている。また、特開昭61−501423号公報では、予め用意したパターンと推定画素近傍画像とのマッチングにより補間方法を切り替えるようにしている。
【0007】
また、3色の色情報間の相関を利用する推定方法も提案されている。例えば特開平5−56446号公報では、各色について低空間周波数成分間で高い相関があると見なして、取得色情報×(低空間周波数成分の推定色/低空間周波数成分の推定画素における取得色情報)から推定色情報を求めている。また、特開平4−502096号公報では、高空間周波数でサンプリングされた第一の色情報の変化に応じて、推定画素近傍からの線形補間により推定を行なっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術はいずれも、画像構造に依存した適応的推定方法として、推定すべき画像信号の局所領域に関する空間的相関情報を用いた推定方法は提案していない。
【0009】
したがって、本発明の画像処理装置は、推定すべき画像信号の局所領域に関する空間的相関情報を用いて画像構造に依存した適応的推定を行なうことにより、任意の構造の画像に対して最適な推定を行なうことができる画像処理装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第1の発明に係る画像処理装置は、画像信号を生成する撮像装置の色フィルタ配置情報に基づき、所定の色種類の画像信号が得られていない位置を推定すべき画像信号の位置として決定する推定位置決定手段と、この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を抽出する領域抽出手段と、この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を算出する空間的相関情報算出手段と、自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を推定する画像信号推定手段と、を具備する。
【0011】
また、第2の発明に係る画像処理装置は、画像信号を生成する撮像装置の色フィルタ配置情報に基づき、所定の色種類の画像信号が得られていない位置を推定すべき画像信号の位置として決定する推定位置決定手段と、この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を抽出する領域抽出手段と、この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を算出する空間的相関情報算出手段と、上記領域抽出手段から得られた局所領域に関して微分情報を構造情報として算出する構造情報抽出手段と、自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を推定する第1の画像信号推定手段と、第1の画像信号推定手段と異なる方法で、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を推定する第2の画像信号推定手段と、上記構造情報抽出手段により算出された構造情報に基づいて、上記第1の画像信号推定手段と第2の画像信号推定手段のいずれかの結果を、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号の推定結果として用いるかを選択する選択手段と、を具備する。
【0012】
また、第3の発明に係る画像処理装置は、画像信号を生成する撮像装置の色フィルタ配置情報に基づき、所定の色種類の画像信号が得られていない位置を推定すべき画像信号の位置として決定する推定位置決定手段と、この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を抽出する領域抽出手段と、この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を算出する空間的相関情報算出手段と、上記領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の二種類の色種類の画像信号間の色間相互相関関数を算出する色相関情報算出手段と、自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数および色相関情報算出手段により算出された色間相互相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を推定する画像信号推定手段と、を具備する。
【0013】
すなわち、第1の発明に係る画像処理装置は、画像信号を生成する撮像装置の色フィルタ配置情報に基づき、推定位置決定手段によって所定の色種類の画像信号が得られていない位置を推定すべき画像信号の位置として決定し、この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を、領域抽出手段によって抽出する。この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を、空間的相関情報算出手段で算出し、自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を画像信号推定手段によって推定する。
【0014】
また、第2の発明に係る画像処理装置は、画像信号を生成する撮像装置の色フィルタ配置情報に基づき、所定の色種類の画像信号が得られていない位置を、推定位置決定手段により、推定すべき画像信号の位置として決定する。この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を領域抽出手段により抽出し、この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を空間的相関情報算出手段により算出する。上記領域抽出手段から得られた局所領域に関して微分情報を構造情報として構造情報抽出手段により算出し、自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を第1の画像信号推定手段によって推定する。この第1の画像信号推定手段と異なる方法で、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を第2の画像信号推定手段により推定し、上記構造情報抽出手段により算出された構造情報に基づいて、上記第1の画像信号推定手段と第2の画像信号推定手段のいずれかの結果を、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号の推定結果として用いるかを選択手段により選択する。
【0015】
また、第3の発明に係る画像処理装置は、画像信号を生成する撮像装置の色フィルタ配置情報に基づき、所定の色種類の画像信号が得られていない位置を、推定すべき画像信号の位置として推定位置決定手段により決定し、この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を領域抽出手段により抽出する。この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を空間的相関情報算出手段により算出する。上記領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の二種類の色種類の画像信号間の色間相互相関関数を色相関情報算出手段によって算出し、自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数および色相関情報算出手段により算出された色間相互相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を画像信号推定手段により推定する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の第1実施形態が適用される画像処理システムを示す図であり、単板式デジタルカメラ4と、画像処理装置19とからなる。単板式デジタルカメラ4は、レンズ1と、単板式のCCD3と、このCCD3に対してモザイク状に配置された分光感度の異なる3種類(R,G,B)の色フィルタ2と、A/D変換装置5と、画像メモリ7と、ROM6とから構成されている。ここで、各R,G,Bの色フィルタ2は、図2に模式的に示すように、2×2画素の矩形領域にR,Bフィルタが各1画素づつ、Gフィルタが2画素含まれる単位構造が周期的に繰り返されて配置された構造を有する。
【0017】
また、画像処理装置19は、撮像装置情報記憶装置9と、画像情報記憶装置10と、推定位置決定装置11と、領域抽出装置12と、相関範囲記憶装置13と、空間的相関情報算出装置14と、推定係数算出装置15と、推定係数範囲記憶装置16と、画像信号推定装置17と、補正画像記憶装置18とを具備する。
【0018】
上記した構成において、被写体を単板式デジタルカメラ4により撮像して得られた画像情報は、CCD3から出力された後、A/D変換装置5によりデジタル画像情報に変換されて画像メモリ7に記憶される。画像メモリ7に記憶された画像情報は画像信号8として画像処理装置19内の画像情報記憶装置10に伝送されて記憶される。ここで、画像メモリ7に記憶された画像情報は、各画素が図2のフィルタ配置に対応した色情報のみを有する画像情報として画像情報記憶装置10に記憶される。
【0019】
このとき、単板式デジタルカメラ4内部のROM6に記憶されている色フィルタ2の配置に関する情報も画像処理装置19内の撮像装置情報記憶装置9に伝送されて記憶される。
【0020】
画像処理装置19は、単板式デジタルカメラ4により撮像された各画素R,G,Bに関する色フィルタ2のうちいずれかのフィルタに対応する色情報のみを有する画像情報を画像内の情報及び撮像装置に関する情報のみから推定することにより、全画素についてのR,G,Bの色情報を有する画像情報に補正する。色情報の推定は、G,B,Rの色順に、画像情報記憶装置10に記憶されている画像情報について順次行われる。
【0021】
すなわち、推定位置決定装置11は、ROM6から読み出されて撮像装置情報記憶装置9に記憶された画像の推定色情報に対応する推定画素の位置を求める。推定位置は推定色情報の欠落した画素の位置を撮像装置情報記憶装置9に記憶されているフィルタ配置に関する情報より求める。例えば、推定色情報をGとすると推定位置はRもしくはBの色フィルタが配置された画素の位置となる。各推定色情報について画像内で求められた推定位置は全て推定位置決定装置11内部に記憶される。領域抽出装置12は後述する自己相関関数を計算する領域を求めて後述する領域抽出記憶装置に領域抽出画像として記憶する。
【0022】
領域抽出装置12による領域抽出は以下のように行われる。すなわち、図3において、領域抽出演算装置25は、推定位置決定装置11により定められた推定画素の位置情報24と、相関範囲記憶装置13に予め記憶された相関範囲形状情報23とに基づいて、画像情報記憶装置10内に記憶された画像情報20から所定の領域抽出画像を抽出して領域抽出記憶装置26に記憶する。
【0023】
このときの領域抽出画像は推定位置を中心とする画像情報記憶装置10内に記憶された画像情報の相関範囲形状に対応する画像情報となる。また、画像情報記憶装置10内に記憶された画像情報の領域抽出画像内で推定色情報を持たない画素については、領域を抽出する前に予め推定色情報を持つ近傍領域の画素情報を用いて簡易的な線形補間等の補間処理により推定色情報を求め、領域抽出画像内で全ての画素が推定色情報を持つ画像とする。すなわち図3において、画像情報記憶装置10に記憶された画像情報20のうち、G成分が欠落している部分の画素をGの色情報を有する近傍画素からの補間画素(G* )22で補間して得られる補間画像21において、推定画素位置の座標を(i,j)、相関範囲形状を3×3の矩形領域とすると、領域抽出画像は図3に示す領域の画像として領域抽出記憶装置26に記憶される。
【0024】
図1に示す空間的相関情報算出装置14は、領域抽出装置12により得られた領域抽出画像の自己相関関数を算出して、予め記憶された関数形に最小自乗近似して出力する。すなわち、図4において、自己相関関数演算装置28において領域抽出装置12により得られた領域抽出画像の自己相関関数が算出されて最小自乗係数演算装置27に入力される。また、関数形記憶装置27には次式で表わされる指数関数等の統計的な画像の自己相関関数を近似可能な関数形が記憶されている。
【0025】
【数1】
【0026】
ここで、i,jは画像の空間座標値、α,βは定数である。最小自乗係数演算装置27は自己相関関数演算装置28により算出された自己相関関数と、関数形記憶装置27に記憶されている関数との自乗誤差が最小となるように(1)式における係数α,βを定める。相関値演算装置30は最小自乗係数演算装置27により算出した係数α,βを用いた(1)式から、相関関数の値を求め、順次出力する。
【0027】
図1における推定係数算出装置15は、空間的相関情報算出装置14により算出された相関係数の値を用いて自己回帰モデルに基づく画像情報推定式(2)の係数Cijを算出する。この自己回帰モデルは、推定画像情報が近傍画像情報の線形和で表わされるとしたモデルであり、空間座標(m,n)における正しい画像情報f(m,n)の推定値g(m,n)は、
【0028】
【数2】
と表わされる。ここでDはg(m,n)を推定するために用いる画像情報f(m,n)の空間座標の範囲(近傍領域)、cijは推定画像情報の空間座標から相対的に座標値がmn方向にそれぞれi,jに位置する画像情報f(m−i,n−j)の推定係数を示す。このとき、推定値g(m,n)と正しい画像f(m,n)との自乗誤差Errは、
【0029】
【数3】
と表わされる。ここで、Aは領域抽出画像の範囲に対応する。自乗誤差Errを最小にする推定係数cijはErrをcijで偏微分することにより近似的に、
【0030】
【数4】
【0031】
ここで、R(i−p,j−p)、R(p,q)は空間的相関情報算出装置14により算出される既知の値であるから、式(4)は、推定係数cijを未知数とする連立方程式となる。推定係数算出装置15は、推定係数範囲記憶装置16に記憶された近傍領域Dの情報を用いて(4)式の関係から推定係数cijを算出する。
【0032】
図1における画像信号推定装置17は、推定係数算出装置15により算出された推定係数cijを用いて式(2)で表わされる自己回帰モデルの画像情報f(m,n)の推定値g(m,n)を算出する。
【0033】
図1における補正画像記憶装置18は、画像信号推定装置17により順次算出された推定色情報の各推定位置の推定画像情報を順次記憶する。
そして、領域抽出装置12による領域抽出画像の決定から推定画像情報の補正画像記憶装置18への記憶までの処理をG,B,Rの色情報について全推定位置で行い、全ての画素をRGB色情報を有する画像情報として補正画像記憶装置18に記憶する。なお、上記した第1実施形態の構成は、各種変形、変更が可能である。例えばデジタルカメラのフィルタはストライプ状に配置してもよく、また、原色系の分光特性を有するもの以外にCMYの補色系のものを用いてもよい。さらに、RGBのようにフィルタの種類が3枚ではなく任意の枚数のフィルタからなるものについても適用可能である。
【0034】
図5は本発明の第2実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。図5において、領域抽出装置12により第1実施形態と同様の方法で抽出された領域抽出画像は領域抽出装置12内の領域抽出記憶装置26から図5における構造情報抽出装置31に読み込まれる。構造情報抽出装置31は、領域抽出画像のエッジ強度Iを算出する。エッジ強度Iは領域抽出画像を3×3画素の矩形画像とすると、次式で定義される。
【0035】
【数5】
【0036】
ここで、a〜iは図6に示す領域抽出画像の画素位置における画素値を表わし、X,Yはそれぞれx方向,y方向の微分値に相当する。エッジ強度Iは用いる画像の濃度レンジに応じて0〜1に正規化される。任意の形状の領域抽出画像についても適当にエッジ強度Iを再定義することにより、エッジ強度Iの算出が可能である。
【0037】
図5に示す空間的相関情報算出装置14は図7に示すような構成を有する。第1実施形態と同様に、最小自乗係数演算装置29により相関関数の関数形の係数α,βを算出する。最小自乗係数補正装置32はこの係数α,βを、構造情報抽出装置31により算出された抽出領域のエッジ強度Iと、補正係数記憶装置33に予め記憶された補正係数P,Qとを用いて次式によりα′,β′に補正する。
【0038】
α′=α(PI+1)
β′=β(QI+1) (7)
(7)式の補正によりα,βは、エッジ部ではI=1となり、それぞれP,Q%増加される。補正された係数α′,β′を用いて相関値演算装置30により相関値が計算される。以下第1実施形態と同様の処理により推定画像情報が求められ、補正画像記憶装置18に記憶される。
【0039】
なお、上記した第2実施形態の構成は、各種変形、変更が可能である。例えばX,Yの値を用いてエッジ強度のみならずエッジの方向をも算出し、相関関数の補正を行うことも可能である。また、エッジの強度、向きなどに応じて相関関数の算出方法を選択することも可能である。
【0040】
図8は本発明の第3実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。図8において、構造情報抽出装置31は上記した第2実施形態と同様の方法により領域抽出装置12により抽出された領域抽出画像のエッジ強度Iを算出する。推定方法切り替え装置33は、構造情報算出装置31により算出されたエッジ強度Iの値から推定位置における画像情報の推定方法を選択する。すなわち、
I>T
の場合は推定方法として第一の推定方法を選択する。また、
I≦T
の場合は第二の推定方法を選択する。Tは実験的に予め定めた定数である。
【0041】
第一の推定方法は上記した第1実施形態と同様の自己回帰モデルに基づき、領域抽出画像の自己相関関数情報を用いて画像情報を推定する方法である。また、第二の推定方法は簡易線形補間装置35により、予め定められた補間位置近傍の画素情報の線形和として補間位置の画素情報を推定するものである。
推定位置の推定画素情報g(m,n)は、推定位置を中心とする3×3の領域内の画像情報f(m,n)の平均値として次式で算出される。
【0042】
【数6】
【0043】
ここで、Eは(m,n)を中心とする(m,n)以外の3×3の矩形領域を表わす。簡易線形補間装置35で(8)式により算出された推定画像情報は、補正画像記憶装置18に記憶される。
【0044】
なお、上記した第3実施形態の構成は、各種の変形、変更が可能である。例えば、第二の画像信号の推定方法は、線形補間に基づく方法に限らず目的に応じて任意の方法を用いることができる。また、切り替え可能な推定方法の数は2つに限らず複数の推定方法を用意することで複数の切り替え方法が選択可能となる。また、切り替え方法は、構造解析によるものに限らず、処理装置にマニュアルで設定することも可能である。
【0045】
図9は本発明の第4実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。図9において、上記した第1実施形態と同様の方法により領域抽出装置12により抽出された領域抽出画像は構造情報抽出装置31により解析される。
【0046】
図10は構造情報抽出装置31の構成を示す図である。図10において、パターン記憶装置38には領域抽出画像と同サイズのパターン画像が予め数十種類記憶されている。パターンマッチング演算装置39はこのパターン画像を用いて、領域抽出装置12内の領域抽出記憶装置26からの領域抽出画像とのパターンマッチングを行う。そして、パターンマッチング演算装置39において算出された相関領域画像とパターン画像との類似度を類似度評価演算装置40にて評価値として算出する。
【0047】
図9におけるメモリカード36には、パターン画像の種類に対応して、推定係数がテーブルデータとして与えられている。メモリカード36に記憶されている推定係数は、予め構造情報抽出装置31に記憶されているパターン画像について上記した第1実施形態と同様の処理により計算された自己相関関数から算出された値である。
【0048】
推定係数選択装置37は構造情報抽出装置31により解析された領域抽出画像と類似する数種類のパターン画像に対応する推定係数をメモリカード36内のテーブルデータより読み出し、読み出した推定係数を類似度評価演算装置40により算出された評価値を用いて算出する。画像信号推定装置17は推定係数選択装置37により算出された推定係数を用いて上記した第1実施形態と同様の方法により推定画像情報を求め、補正画像記憶装置18に記憶する。
【0049】
なお、上記した第4実施形態の構成は、各種変形、変更が可能である。例えば、メモリカード36内のテーブルデータは、領域抽出画像のパターンに対応した推定係数を与えるのではなく、相関関数の関数形のパラメータに対応した推定係数を与えるものとすることも可能である。また、メモリカード36は、被撮影画像の種類に応じて入れ替え可能か、もしくは複数の異なるテーブルデータを保存しておき被撮影画像の種類に応じて選択可能とする。
【0050】
以下に本発明の第5実施形態を説明する。上記した第1実施形態における推定位置決定装置11は、第5実施形態では、一画素のみではなく5×5の矩形の推定領域を定めるものとする。推定領域の決定は、推定領域内に含まれる画素が重複しないようにRGB各色の情報について画像内全体について行われる。
【0051】
領域抽出装置12は、推定領域を中心とする10×10の矩形領域を画像情報から領域抽出画像として抽出する。空間的相関情報算出装置14及び推定係数算出装置15は第1実施形態と同様の処理を行い、画像信号推定装置17は内部の制御装置により推定領域内の推定色情報の欠落した画素についてのみ、推定係数算出装置15により算出された推定係数を用いて画像情報を推定し、補正画像記憶装置18に記憶する。
【0052】
なお、上記した第5実施形態は、各種変形、変更が可能である。例えば、推定領域は予め定めた領域ではなく、第2実施形態と同様の構造情報抽出装置31により推定係数が一定とみなせる領域を推定して推定領域とすることも可能である。この場合、領域抽出装置12により抽出された領域抽出画像を構造情報抽出装置31により解析し、推定位置決定装置11により推定領域を定める。それ以降の処理は上記した第5実施形態と同様である。
【0053】
図11は本発明の第6実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。図11において、構造情報抽出装置31は上記した第1実施形態と同様の方法により領域抽出装置12によって抽出された領域抽出画像の微分画像を作成する。相関領域抽出装置41は自己相関関数の値が一定とみなせる領域を推定し、新たに相関領域画像として抽出する。領域抽出装置12において抽出される領域抽出画像は、予め定めた矩形領域画像とする。相関領域抽出装置41は、領域抽出装置12により抽出された領域抽出画像の微分画像を作成し、微分画像濃度の分布の類似性から自己相関関数が一定とみなせる領域を推定する。推定された位置の集合を包含するような矩形領域を新たに相関領域画像とする。以降は上記した第1実施形態と同様の方法により相関領域画像を用いて画像情報を推定し、補正画像記憶装置18に記憶する。
【0054】
なお、上記した第6実施形態の構成は、各種変形、変更が可能である。例えば、相関領域画像の作成方法は微分画像に基づく方法に限られず、実際に抽出領域画像の相関関数を計算し、その類似性から相関領域を定めることも可能である。
【0055】
図12は本発明の第7実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。図12において、推定位置選択装置100は、上記した第1実施形態と同様の方法により推定位置決定装置11により定められた推定位置のうち、画像を予め定めた矩形領域に分割した推定領域の中心点に最も近い位置のみを選択する。推定位置選択装置100により選択された選択推定位置における自己相関関数の関数形の係数を空間的相関情報算出装置14により算出する。以上の処理を画像全体について行い、全ての選択推定位置における相関関数の関数形の係数を求め、相関係数記憶装置42に記憶する。
【0056】
空間的相関情報補間装置43は、記憶された選択推定位置における相関関数の関数形の係数を用いて、全ての位置における相関関数の関数形の係数を補間演算により推定する。補間演算は推定位置を囲む3つの選択位置における相関係数を用いることを基本として補間演算を行なう。相関関数の関数形の係数を求めた各推定位置について上記した第1実施形態と同様の方法により画像情報を推定し、補正画像記憶装置18に記憶する。
【0057】
なお、上記した第7実施形態の構成は、各種変形、変更が可能である。例えば、推定位置選択装置100は、予め定めた矩形領域より選択推定位置を選択するのではなく、上記した第2実施形態と同様の構造情報抽出装置31により解析した画像から相関関数が一定とみなせる領域を推定して定めることも可能である。また、選択推定位置における相関関数の関数形の係数から他の位置の相関関数の関数形の係数を補間するのではなく、選択推定位置における推定係数から他の位置の推定係数を補間することも可能である。
【0058】
図13は本発明の第8実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。図13において、本発明の画像処理装置65は、図2に示すような配置のR,G,Bの色フィルタを有する単板式デジタルカメラ44で撮像された画像情報と、コンピュータ45内部に記憶された単板式デジタルカメラ44のフィルタ配置情報より輝度信号を生成する。
【0059】
単板式デジタルカメラ44により撮像された画像情報g(m,n)は、カラー画像入力端子46を経由し、画像処理装置65内の画像メモリ47に伝送、記憶される。また、画像情報g(m,n)が画像メモリ47へ記憶されるのと同時に、コンピュータ45に予め記憶された単板式デジタルカメラ44のフィルタ配置情報が、色成分マスクHc (m,n)(c=r,g,b)に関する情報としてマスク情報入力端子54を経由して色成分マスクバッファ55に伝送、記憶される。
【0060】
色成分マスクバッファ55はR成分マスクバッファ55a、G成分マスクバッファ55b、B成分マスクバッファ55cから構成されており、それぞれ対応する色成分のマスク情報が記憶される。色成分マスクHc (m,n)は、単板式デジタルカメラ44の画素位置(m,n)の色フィルタがマスクの色成分cの場合は1、その他の色成分の場合は0の値を持つ。
【0061】
図14に図2のフィルタ配置に対応する色成分マスクHr (m,n)、Hg (m,n)の例を示す。またマスク情報の伝送と同時に予めコンピュータ45内に記憶されている輝度信号演算係数βc (c=r,g,b)がマスク情報入力端子54を経由して画像処理装置65内の輝度ウエイトバッファ56に伝送、記憶される。輝度Y(m,n)は、輝度信号演算係数βc と、各画素においてR,G,B全色情報を有する画像情報fc (m,n)(c=r,g,b)とを用いて、
【0062】
【数7】
と表わされるものとなる。
【0063】
ブロックI/O部48は、色成分マスクバッファ55への情報伝送が完了した後、色成分マスクバッファ55の情報を用いた制御装置52の制御により部分ブロック画像gc (m,n)(c=r,g,b)を画像メモリ47内の画像情報g(mn)からブロックバッファ49へ書き込む。ブロックバッファ49はR成分ブロックバッファ49a、G成分ブロックバッファ49b、B成分ブロックバッファ49cから成り、各色成分ブロックバッファには、各色成分ブロックバッファの色成分に対応する色情報を有する画素以外のg(m,n)を0とした色成分ブロック画像gc (m,n)が記憶される。画像メモリ内の画像情報g(m,n)は色成分マスクHc (m,n)及び色成分画像fc (m,n)を用いて、
【0064】
【数8】
と表わされる。
【0065】
以上の処理により、単板式デジタルカメラ44及びコンピュータ45から画像処理装置65への情報伝送が完了し、以下、制御装置52による制御のもとで輝度信号推定処理が各画素ごとに順次行われる。輝度信号Y(m,n)は、ARモデルを拡張した次式により推定される。
【0066】
【数9】
【0067】
ここではDはY(m,n)を推定するために用いる画像メモリ内の画像情報g(m,n)の空間座標の範囲(近傍領域)、cijは推定画像情報の空間座標から相対的に座標値がm,n方向にそれぞれi,jに位置する画像情報g(m−i,n−j)の推定係数を示す。このとき、(11)式による推定値と正しい輝度成分Y(m,n)との所定の領域Aにおける自乗誤差Errは、
【0068】
【数10】
を得る。
【0069】
(14)式より、近似的にcklを求め、(11)式より、輝度信号Y(m,n)を推定する。
まず、制御装置52は輝度推定の推定画素の位置を定める。
【0070】
【数11】
を計算し、記憶する。例えば、単板式デジタルカメラ44のR成分マスクHr (m,n)とG成分マスクHg (m,n)が図14に示すような5×5画素の矩形領域の場合、RG色間相互相関Rh rg(i,j)は図15のようになり、
Spqは、
Spq={(−2,−1,4),(−2,1,4),(−1,−2,4),
(−1,0,6),(−1,2,4),(0,−1,6),(0,1,6),(1,−2,4),(1,0,6),(1,2,4),(2,−1,4),(2,1,4)}となる。また、マスク相関計算装置57は、各色成分マスクHc (m,n)の値が1である数、すなわち対応する色フィルタを有する画素数αc を記憶する。例えば図14に示したR成分マスクHr (m,n)とG成分マスクHg (m,n)の場合、αr は9、αg は12となる。
【0071】
色間相関計算装置50は部分色間相関計算部51、相関値補間部53、相関関数パラメータ記憶部52から構成されている。
部分色間相関計算部51は各色成分ブロックバッファ49a,49b,49cから制御装置52の制御により各色成分の所定領域Aの部分画像を読み込み、R,G,Bの重複しない組み合わせ
【0072】
【数12】
に対して、次式で定義される部分画像間の相互相関Rpq′(i,j)
を計算する。
【0073】
【数13】
【0074】
ここで、gp (m,n)、gq (m−i,n−j)は色フィルタの対応していない画素における情報の欠落があるため、一般には次式で定義される相関値Rpq(i,j)、
【0075】
【数14】
とは一致しない。ただし、fp (m,n)、fq (m−i,n−j)は、それぞれ全画素において色情報p,qを有する画像情報を表わす。そこで、部分色間相関計算部51は、マスク相関計算装置57で計算された集合Spqを用いることによりRpq′(i,j)を補正し、Rpq(i,j)の推定値を算出する。集合Spqに含まれる点の座標(i,j)はRh pq(i,j)がゼロとならない座標値であるから、(17)式の右辺には0にならない項gp (m′,n′)gq (m′−i,n′−j)が存在し、その値は正しい相関値を与える(18)式における項の値fp (m′,n′)fq (m′−i,n′−j)と一致する。ただし、そのような項はブロックの全画素数に対し、集合Spqの(i,j)に対応する項に限られる。
【0076】
例えば図15に示した例の場合、(17)式の25個の項に対して正しい値が得られる項は最大6項であり、その他の項は0となる。そこで(17)式で得られる値Rpq′(i,j)と、正しい相関値Rpq(i,j)との比が近似的に全領域において1の値をもつマスク間の相関値R0 h pq(i,j)とマスク相関値Rh pq(i,j)との比になると仮定し、Rpq(i,j)の推定値R″pq(i,j)を次式より求める。
R″pq(i,j) =R′pq(i,j) R0 h pq(i,j) /Rh pq(i,j) (19)
また、画像メモリ47内の画像情報g(m,n)を用いて、
【0077】
【数15】
を計算して内部に記憶する。
【0078】
相関値補間部53は部分色間相関計算部51において計算、補正された相関関数R″pq(i,j)の補間を行い、近似相関関数として出力する。R″pq(i,j)は、画素情報の欠落した画像間の自己相関であるため、図16に示すように離散的位置にのみデータを有する。相関値補間部53は、相関関数パラメータ記憶部52に記憶されている近似関数形、及びそのパラメータを用いて相関関数R″pq(i,j)を既知の関数形に最小自乗近似する。近似されたR″pq(i,j)は相関値補間部53内部に記憶される。
【0079】
補正係数算出装置64は相関値加算部58、相関値バッファ59、及び補正係数計算部60から成る。
相関値加算部58はマスク相関計算装置57により算出されたαc 、輝度ウエイトバッファ56から得られた輝度信号演算係数βc 、及び相関値補間部53より得られた近似されたR″pq(i,j)を用いて次式を計算、記憶する。
【0080】
【数16】
【0081】
相関値バッファ59は、部分色間相関計算部51において算出された(20)式、及び相関値加算部58において算出された(21)式の値を記憶する。
補正係数計算部60は、相関値バッファ59に記憶された(20)式、(21)式の値を用いて、(14)式を満たすcklを算出し、記憶する。ここで、(14)式の左辺において次式の近似、
【0082】
【数17】
を用いた。
【0083】
輝度成分復元装置61は画像メモリ47に記憶された画像情報f(m,n)と補正係数計算部60に記憶された補正係数cklを用いて、(11)式から推定画素の輝度成分Y(m,n)を算出し、出力画像メモリ62に記憶する。
【0084】
全ての画素について以上の処理が行われる。補正された画像は輝度画像出力端子63を経由して外部への読み出しが可能となる。
なお、上記した実施形態は各種の変形、変更が可能である。例えば、推定画素は一画素ごとに行うとしたが、近似精度がよいと判断された場合はブロック全画素の輝度成分を求めることも可能である。また、個々の色間の相関を計算する方法としては様々な相関推定手法が利用可能であり、先見的情報を利用することも可能である。また、ここでは輝度信号の推定を行ったが特に輝度に限らず色信号の線形和で計算される任意の画像情報が復元可能である。また、この例では単板モザイク色フィルタCCDにより撮像された画像の補正を取り上げたが、
【0085】
【数18】
とすることで、例えば色収差を含んだ画像の補正などにも適用できる。また、色間の相互相関は、観測画像から得られる情報を基に適当な関数形を当てはめるなどして求めてもよい。また、対象の統計的性質があらかじめ判っている場合はそのような情報を利用することも有効である。
【0086】
なお、上記した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が含まれており、各発明に対応する実施形態と効果は次の通りである。
(1) 画像信号を生成する撮像装置に関する情報に基づき、推定すべき画像信号の位置を決定する推定位置決定手段と、
この推定位置決定手段から得られた上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域を抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段から得られた局所領域に関する空間的相関情報を算出する空間的相関情報算出手段と、
この空間的相関情報算出手段によって算出された空間的相関情報に基づき、上記推定位置決定手段から得られた上記画像信号の位置に対応する画像信号を推定する画像信号推定手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。
(2) 上記推定位置決定手段は、上記撮像装置の色フィルタの配置情報に基づき推定すべき画像信号の位置を決定することを特徴とする構成(1)に記載の画像処理装置。
(3) 上記領域抽出手段は、n,mを2以上の整数とするn×m画素のブロック領域を抽出することを特徴とする構成(1)または(2)に記載の画像処理装置。
(4) 上記空間的相関情報算出手段は、上記局所領域の自己相関関数に基づき上記空間的相関情報を算出することを特徴とする構成(1)〜(3)のいずれか1つに記載の画像処理装置。
(5) 上記空間的相関情報算出手段は、上記局所領域の自己相関関数を指数関数で近似することに基づき上記空間的相関情報を算出することを特徴とする構成(1)〜(4)のいずれか1つに記載の画像処理装置。
(6) 上記画像信号推定手段は、上記空間的相関情報算出手段から算出された空間的相関情報に基づき、上記領域抽出手段から得られた局所領域に関する推定係数を算出する推定係数算出手段を具備し、この推定係数算出手段は、自己回帰モデルに基づき上記局所領域の推定係数を算出することを特徴とする構成(1)〜(5)のいずれか1つに記載の画像処理装置。
(7) 上記領域抽出手段から得られた局所領域に関する構造情報を抽出する構造情報抽出手段と、
この構造情報抽出手段で抽出された構造情報に基づき、上記空間的相関情報算出手段による空間的相関情報算出の方法を変更する変更手段と、
をさらに具備することを特徴とする構成(1)に記載の画像処理装置。
(8) 上記構造情報抽出手段は、明度情報に基づき上記構造情報を抽出することを特徴とする構成(7)に記載の画像処理装置。
(9) 上記構造情報抽出手段は、微分処理、パターンマッチに基づき上記構造情報を抽出することを特徴とする構成(7)に記載の画像処理装置。
(10) 画像信号を生成する撮像装置に関する情報に基づき、推定すべき画像信号の位置を決定する推定位置決定手段と、
この推定位置決定手段から得られた位置を包含する所定サイズの局所領域を抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段から得られた局所領域に関する構造情報を抽出する構造情報抽出手段と、
上記領域抽出手段から得られた局所領域に関する空間的相関情報から推定係数を算出し、上記推定位置決定手段から得られた上記画像信号の位置に対応する画像信号を推定する第一画像信号推定手段と、
上記領域抽出手段から得られた局所領域において、上記推定位置決定手段から得られた上記画像信号の位置に対応する他の画像信号又はその位置の周囲に位置する画像信号を用いて、上記画像信号の位置に対応する画像信号を推定する第二画像信号推定手段と、
上記構造情報抽出手段で抽出された上記構造情報に基づき、上記第一画像信号推定手段と上記第二画像信号推定手段を切り換える切換手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。
(11) 上記第二画像信号推定手段は、上記領域抽出手段から得られた局所領域において、上記推定位置決定手段から得られた上記画像信号の位置の周囲の位置の画像信号からの線形補間、2次、高次関数による補間によって推定を行なうことを特徴とする構成(10)に記載の画像処理装置。
(12) 上記第二画像信号推定手段は、上記領域抽出手段から得られた局所領域において、上記推定位置決定手段から得られた上記画像信号の位置に対応する他の画像信号との相関により、上記画像信号を推定することを特徴とする構成(10)に記載の画像処理装置。
(13) 画像信号を生成する撮像装置に関する情報に基づき、推定すべき画像信号の位置を決定する推定位置決定手段と、
この推定位置決定手段から得られた前記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域を抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段から得られた上記局所領域に関する構造情報を抽出する構造情報抽出手段と、
複数の所定の構造情報に対応する推定係数が保存された推定係数保存手段と、
上記構造情報抽出手段から抽出された上記構造情報に基づき、上記推定係数保存手段から推定係数を選択する推定係数選択手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。
(14) 上記推定係数保存手段は、磁気ディスク、メモリカードなどの交換可能な記録媒体からなることを特徴とする構成(13)に記載の画像処理装置。
(15) 上記空間的相関情報算出手段から算出された上記空間的相関情報を上記推定位置決定手段から得られた複数の位置で共有して使用させる制御手段をさらに有することを特徴とする構成(1)〜(6)のいずれか1つに記載の画像処理装置。
(16) 上記領域抽出手段から得られた上記局所領域に関する構造情報を抽出する構造情報抽出手段と、
この構造情報抽出手段で抽出された構造情報に基づき、上記領域抽出手段から得られた局所領域から新たな局所領域を抽出する第二領域抽出手段と、
をさらに具備することを特徴とする構成(1)〜(6)のいずれか1つに記載の画像処理装置。
(17) 上記第二領域抽出手段は、自己相関関数が近似的に一定とみなせる領域を抽出することを特徴とする構成(16)に記載の画像処理装置。
(18) 画像信号を生成する撮像装置に関する情報に基づき、推定すべき画像信号の位置を決定する推定位置決定手段と、
この推定位置決定手段から得られた複数の前記画像信号の位置を所定間隔以上で疎に再抽出する推定位置再抽出手段と、
この推定位置再抽出手段から得られた前記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域を抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段から得られた上記局所領域に関し、上記推定位置再抽出手段で再抽出された前記画像信号の位置に対応する上記局所領域の空間的相関情報を算出する空間的相関情報算出手段と、
この空間的相関情報算出手段から算出された上記空間的相関情報に基づき、上記推定位置決定手段から得られた全ての前記画像信号の位置に関する空間的相関情報を補間する空間的相関情報補間手段と、
この空間的相関情報補間手段によって補間された空間的相関情報に基づき、上記推定位置決定手段から得られた前記画像信号の位置に対応する画像信号を推定する画像信号推定手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。
(19) 複数の色信号からなる画像信号を生成する撮像装置に関する情報に基づき、推定すべき画像信号の位置を決定する推定位置決定手段と、
この推定位置決定手段から得られた上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域を複数の色信号を含む画像信号から抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段から得られた局所領域に関する空間的相関情報を算出する空間的相関情報算出手段と、
上記領域抽出手段から得られた局所領域に関する色相関情報を算出する色相関情報算出手段と、
上記空間的相関情報算出手段によって算出された空間的相関情報と上記色相関情報算出手段から算出された色相関情報に基づき、上記推定位置決定手段から得られた上記画像信号の位置に対応する画像信号を推定する画像信号推定手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。
(20) 上記色相関情報算出手段は、上記所定サイズの局所領域に関する複数の色信号の空間的相関に対する先見的な情報を保持する先見的色相関情報保持手段を有することを特徴とする構成(19)に記載の画像処理装置。
(21) 上記色相関情報算出手段は、上記所定サイズの局所領域に関する複数の色信号の空間的相関情報をパラメータ表記された所定の関数に近似する関数近似手段を有することを特徴とする構成(19)に記載の画像処理装置。
(22) 上記領域抽出手段は、n,mを2以上の整数とするn×mのブロック領域を抽出することを特徴とする構成(19)に記載の画像処理装置。
(構成(1)〜(6)に対応する発明の実施の形態)
これらの発明は上記した第1実施形態に対応する。すなわち、構成中の撮像装置は図1の単板式デジタルカメラ4に、推定位置決定手段は図1の推定位置決定装置11に、領域抽出手段は図1の領域抽出装置12に、空間的相関情報算出手段は図1の空間的相関情報算出装置14に、推定係数算出手段は図1の推定係数算出装置15に、画像信号推定手段は図1の画像信号推定装置17に対応する。また、撮像装置の色フィルタの配置情報は撮像装置情報記憶装置9に記憶された図2のCCD上の色フィルタ配置情報に対応し、n×m画素のブロック領域は3×3のブロック領域に対応する。
【0087】
図1において、単板式デジタルカメラ4で撮像され、内部の画像メモリ7に記憶された画像情報は画像処理装置19内の画像情報記憶装置10に伝送、記憶される。これと同時に単板式デジタルカメラ4内部のROM6に記憶されている単板式デジタルカメラ4のCCD3上に配置された色フィルタ2の配置情報が、撮像装置情報記憶装置9に伝送、記憶される。撮像装置情報記憶装置9に記憶されたフィルタ配置情報から、推定位置決定装置11により推定すべき色情報に対応する画像情報記憶装置10内の画像情報の全画素位置を算出、記憶する。記憶された一画素の位置について、領域抽出装置12により相関範囲記憶装置13に記憶された領域に応じて、画像情報記憶装置10から領域抽出画像を抽出する。空間的相関情報算出装置14は領域抽出画像に関する相関情報を算出し、推定係数算出装置15は相関情報を用いて、モデルに基づく画像信号を推定する推定式の推定係数を算出する。画像信号推定装置17は推定係数を用いて画像信号の推定値を算出し、補正画像記憶装置18に記憶する。以上の処置を推定位置決定装置11内部に記憶された全ての推定位置について行うことにより、全画像内で各画素がRGB色情報を有する画像として補正画像記憶装置18に記憶される。
(構成(1)〜(6)の効果)
推定すべき画像信号の局所領域に関する空間的相関情報を用いて画像構造に依存した適応的推定を行なうようにしたので、任意の構造の画像に対して最適な推定を行なうことができる。例えば、推定位置近傍の領域抽出画像の自己相関情報を用いて、自己回帰モデルによる画像情報推定を行うことにより、推定の誤差が最少になるような推定係数を自動的に算出することができ、これによって、任意の画像構造に依存した画像処理を行なうことができる。
(構成(7)〜(9)に対応する発明の実施の形態)
この発明には上記した第2実施形態が対応する。構成中の構造情報抽出手段は図5の構造情報抽出装置31に、変更手段は空間的相関情報算出装置14内の最小自乗係数補正装置32(図7)にそれぞれ対応する。この発明では、構造情報抽出装置31の解析により得られた推定位置近傍の画像構造に応じて、空間的相関情報算出装置14により算出された相関係数を補正することにより、より正確な空間的相関情報を算出する。構造情報抽出装置31は、領域抽出装置12により抽出された領域抽出画像のエッジ強度を解析する。空間的相関情報算出装置14内の最小自乗係数補正装置32は、領域抽出画像のエッジ強度に従い最小自乗係数演算装置29(図7)により算出された相関係数を補正する。補正はエッジ強度が大きいほど係数を大きくする。以下、第1の実施形態と同様の処理により画像情報を推定、記憶する。
(構成(7)〜(9)の効果)
空間的相関情報算出装置14により算出された相関関数の形状は、領域抽出画像の補間処理や、関数形の近似のため必ずしも正確に求めることができない。そこで、特に推定の難しいエッジ領域において相関関数の形状を、経験的に良好な結果が得られるように補正することで、より精度の高い推定ができる。
(構成(10)〜(12)に対応する発明の実施の形態)
この発明には上記した第3実施形態が対応する。構成中の第一画像信号推定手段は上記した自己回帰モデルに基づき領域抽出画像の自己相関関数情報を用いて画像情報を推定する手段に、第二画像信号推定手段は上記した簡易線形補間装置35により予め定められた補間位置近傍の画素情報の線形和として補間位置の画素情報を推定する手段に、切換手段は上記した図8の推定方法切り替え装置33にそれぞれ対応する。
【0088】
この発明では、構造情報抽出装置31の解析により得られた推定位置近傍の画像構造に応じて、平坦領域での簡易線形補間とエッジ領域での自己回帰モデルに基づく方法とを使いわける。構造情報抽出装置31は領域抽出装置12により抽出された領域抽出画像の構造を解析し、推定方法切り替え装置33において推定方法を選択するために用いるパラメータを算出する。推定方法切り替え装置33は、構造情報解析の結果から領域抽出画像のエッジ強度が所定の値よりも大きい場合に第一の画像信号推定手段、小さい場合に第二の画像信号推定手段を用いて画像信号を推定する。
(構成(10)〜(12)の効果)
領域抽出画像の構造に応じて画像信号推定方法を切り替えることにより、推定精度を維持しながら計算量の少ない画像信号推定を行なうことができる。例えば推定が容易な画像構造が平坦な領域では、計算量の多い自己回帰モデルに基づく推定方法を用いるのではなく、計算量の比較的少ない簡易線形補間装置35による推定を行なう。また、構造情報解析装置31により得られた情報を第一の画像信号推定方法の処理補正に組み込むか、もしくは第二の画像信号推定方法として用いることで、より高精度な推定が可能となる。
(構成(13)、(14)に対応する発明の実施の形態)
この発明には上記した第4実施形態が対応する。構成中の推定係数保存手段は図9のメモリカード36に、推定係数選択手段は推定係数選択装置37にそれぞれ対応する。この発明では、上記した第1実施形態において計算量の多い推定係数の演算を予め複数の所定のパターンについて求めておき、推定位置近傍の画像構造と推定係数のテーブルを作成、記憶しておく。画像情報の推定の際にこのテーブル情報を利用することで演算を高速化させる。図9の構造情報抽出装置31は、領域抽出画像とパターン記憶装置38内に記憶された所定のパターン画像とのパターンマッチング演算を行ない、類似度を評価する。そして、類似度の高いパターンに対応する推定係数をメモリカード36に記憶されているテーブルデータより求め、類似度の評価値に基づく適当な重みづけにより推定係数を算出する。求めた推定係数を用いて画像信号推定装置17により画像信号を推定し、補正画像記憶装置18に記憶する。
(構成(13)、(14)の効果)
複数の所定の構造情報に対応する推定係数を保存しておくことで、領域抽出画像からの推定係数を算出するための演算を行なうことなく推定係数を求めることができる。このように計算量の多い演算部分を予め所定の画像についてのみ演算してテーブルデータとして保存しておくことで、実際の処理の際にはテーブルデータを用いて計算量を削減することができる。
(構成(15)〜(17)に対応する発明の実施の形態)
この発明には、上記した第6実施形態が対応する。構成中の第二領域抽出手段は図11の相関領域抽出装置41に対応する。この発明では、ARモデルがよく成り立つ推定位置近傍の領域を推定して相関領域を定めることで、効率的に高精度な画像情報の推定を行う。図11の構造情報抽出装置31は領域抽出画像の微分画像を作成し、相関領域抽出装置41により微分値がほぼ一定の領域を相関値も一定の領域と推定して相関領域とする。相関領域の自己相関関数を空間的相関情報算出装置14により求め、以下、上記した第1実施形態と同様の処理により画像信号の推定記憶を行なう。
(構成(15)〜(17)の効果)
相関領域抽出装置41により、相関が一定とみなせる領域で推定係数を算出することにより、より精度の高い推定を行なうことができる。また、計算量の多い推定係数算出の演算過程において適切な相関領域を設定することで計算量の削減が可能となる。
(構成(18)に対応する発明の実施の形態)
この発明には、上記した第7実施形態が対応する。構成中の推定位置再抽出手段は推定位置選択装置100に、空間的相関情報補間手段は空間的相関情報補間装置43にそれぞれ対応する。
【0089】
この発明では、上記した第1実施形態のように一画素ごとに推定位置の相関係数を実際に相関をとることにより求めるのではなく、適当なサンプル位置についてのみ相関計算から相関係数を求め、サンプル位置間における相関係数はサンプル位置における相関係数からの補間演算により求める。これは、相関関数の形状は大部分空間的に連続的に変化しているという推定に基づく。補間によって相関係数を求めることにより、計算量を削減できる。推定位置選択装置100は、予め定められた画像情報の複数の所定の位置のうち最も近くに位置する推定位置を選択し、選択位置として保存する。領域抽出手段は全ての選択位置について空間的相関情報算出装置14により相関関数の関数形の係数を算出し、相関係数記憶装置42に記憶する。空間的相関情報補間装置43は、相関係数記憶装置42に記憶された推定位置における相関関数の関数形の係数から画像内全ての推定位置における相関関数の関数形の係数を補間により求める。以下第1の実施形態と同様の処理により画像信号を求め、補正画像記憶装置18に記憶する。
(構成(18)の効果)
推定すべき画像信号の複数の位置を所定間隔以上で疎に再抽出し、この再抽出された位置のみに対応する局所領域の空間的相関情報を算出し、全ての位置に関する空間的相関情報を補間している。すなわち、相関関数の関数形の係数を推定位置選択装置100により選択された選択位置についてのみ求め、他の推定位置における相関関数の関数形の係数を選択位置における相関関数の関数形の係数からの補間演算により求めることにより、計算量を削減することができる。
(構成(19)〜(22)に対応する発明の実施の形態)
この発明には、上記した第8実施形態が対応する。構成中の補正位置決定手段は図13の制御装置52に、領域抽出手段は図13の制御装置52と部分色間相関計算部51に、色相関情報算出手段は図13の色間相関計算装置50にそれぞれ対応する。補正係数算出手段は図13の補正係数算出装置64に対応する。画像信号補正手段は図13の輝度成分復元装置61に対応する。先見的色相関情報保持手段は図13の相関関数パラメータ記憶部52に対応する。
【0090】
この発明では、第1実施形態と同様に、ARモデルにより推定位置における輝度信号を周囲の画像情報の線形和として推定する。ただし、輝度信号はR,G,B信号値の既知の線形和として表わされるものとする。輝度信号を推定するための推定係数は、RGB各色の自己相関情報のみならず色間の相互相関情報が必要となるが、ここでは近似的に求めた色間相互相関を用いる。
【0091】
図13において、図2に示すようなフィルタを有する単板式デジタルカメラ44により撮像された画像情報はカラー画像入力端子46を通して画像処理装置65内の画像メモリ47に伝送、記憶される。また、コンピュータ45内に予め記憶された単板式デジタルカメラ44のフィルタ配置に関する情報及び輝度信号をR,G,B色信号の線形和で表わすための輝度信号演算係数をそれぞれ色成分マスクバッファ55及び輝度ウエイトバッファ56に伝送、記憶する。図13の制御装置52は色成分マスクバッファ55内に記憶されたフィルタ配置情報を用いてブロックI/O部48を制御して画像メモリ47に記憶された画像情報から部分ブロック画像をブロックバッファ49に記録する。
【0092】
以上で、単板式デジタルカメラ44及びコンピュータ45からの情報伝送、記憶が完了し、以下一画素ごとに輝度信号が推定され、出力画像メモリ62に記憶される。色間相関計算装置50は、画像メモリ47内の画像情報、ブロックバッファ49内に記憶されたブロック画像、マスク相関計算装置57で計算されたフィルタ配置の相関情報を用いて、輝度信号推定係数を算出するために必要となる色間相互相関を算出する。補正係数算出装置64は、色間相関計算装置50において得られた色間相互相関、輝度ウエイトバッファ56に記憶された輝度信号推定係数、マスク相関計算装置57により得られたフィルタ配置の相関情報を用いて補正係数を算出する。輝度成分復元装置61は補正係数算出装置64により算出された補正係数を用いて輝度信号を算出し、出力画像メモリ62に記憶する。全ての画素について輝度信号の推定から出力画像メモリ62への記憶を行い、処理を完了する。出力画像メモリ62に記憶された輝度信号画像は、制御装置52の制御のもとで、輝度画像出力端子63を通して外部の表示装置、出力装置等に伝送される。
(構成(19)〜(22)の効果)
複数の色信号からなる画像信号に対し、各色信号間の空間的相関を利用することで近傍の全ての画素から画像情報を推定することが可能となり、各色信号を独立に回復する場合に比較して高い精度で画像情報の推定ができる。
【0093】
特定の対象を被写体とする場合には、各色信号間の空間的相関に関する先見的な知識を予め求めておき有効に生かすことができる。先見的情報は画像信号の種類に応じて切り替えて用いることで、より高精度な推定が可能となる。
【0094】
所定領域内の色信号から得られる部分的、あるいは近似的な各色信号間の相互相関の精度は領域により異なる。そこで、画像情報から推定された相互相関に色間の相互相関の一般的関数形や画像の種類に応じて求めた色間の相互相関の関数形を当てはめることで、画像情報の推定精度の局所的な低下を抑制することができる。また、相互相関の推定精度が低いと思われる位置において相互相関を周囲の相互相関から補間により求めたり、あるいは相互相関が特定の性質をもつように規制することによって推定を高精度化することも可能である。
【0095】
【発明の効果】
本発明によれば、推定すべき画像信号の局所領域に関する空間的相関情報を用いて画像構造に依存した適応的推定を行なうようにしたので、任意の構造の画像に対して最適な推定を行なうことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。
【図2】CCD上の色フィルタの配置を示す図である。
【図3】図1に示す領域抽出装置の構成を示す図である。
【図4】図1に示す空間的相関情報算出装置の構成を示す図である。
【図5】本発明の第2実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。
【図6】エッジ検出のための領域抽出画像を示す図である。
【図7】図5に示す空間的相関情報算出装置の構成を示す図である。
【図8】本発明の第3実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。
【図9】本発明の第4実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。
【図10】図9に示す構造情報抽出装置の構成を示す図である。
【図11】本発明の第6実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。
【図12】本発明の第7実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。
【図13】本発明の第8実施形態が適用される画像処理システムの構成を示す図である。
【図14】色成分マスクの一例を示す図である。
【図15】赤、緑成分マスクの相互相関について説明するための図である。
【図16】相互相関関数のデータ分布を示す図である。
【符号の説明】
1…レンズ、2…色フィルタ、3…CCD、4…単板式デジタルカメラ、5…A/D変換装置、6…ROM、7…画像メモリ、8…画像信号、9…撮像装置情報記憶装置、10…画像情報記憶装置、11…推定位置決定装置、12…領域抽出装置、13…相関範囲記憶装置、14…空間的相関情報算出装置、15…推定係数算出装置、16…推定係数範囲記憶装置、17…画像信号推定装置、18…補正画像記憶装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image processing apparatus, and more particularly to an image processing apparatus that estimates an image signal based on spatial correlation information calculated for a local region.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an imaging system using a solid-state imaging device such as a CCD instead of a silver salt film conventionally used is rapidly spreading. In such an imaging system, color image information is stored as color information of three colors or luminance and color difference information. For example, in an imaging system such as a digital camera, in principle, three types of filters having different spectral sensitivities corresponding to three colors are arranged on the front surface of the CCD, and each color signal information is obtained in principle. In order to acquire signal information, three types of sensors are required for each pixel.
[0003]
As described above, when realizing the imaging system, a three-plate type imaging apparatus including an optical system for dividing incident light from a subject and three CCDs having three types of filters having different spectral sensitivities is used. However, using three CCDs and a splitting optical system results in an expensive device.
[0004]
Therefore, a single-plate digital camera that appropriately arranges each color filter in each pixel of one CCD and obtains image information having different color information in each pixel is widely used as an inexpensive device. In this case, image information having color information of three colors at each pixel is estimated by post-processing such as spatial interpolation processing.
[0005]
As the most basic method of color information interpolation in a single-plate imaging device, linear interpolation from pixel information in the vicinity of an interpolation pixel is used. This interpolation processing changes gradually between pixels used for interpolation. Therefore, in a region including many high spatial frequency components such as an edge portion of an image, a false color is generated. Several methods for estimating image information for improving such problems have been proposed.
[0006]
The first is to cope with a structure that generally has a large estimation error by recognizing an edge of an image or a specific image structure and adaptively changing the processing method according to the image structure. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-303617, three types of interpolation methods are switched and used in accordance with the luminance change in the vicinity of the estimated pixel. In Japanese Patent Laid-Open No. 61-501423, the interpolation method is switched by matching between a pattern prepared in advance and an estimated pixel neighborhood image.
[0007]
An estimation method using the correlation between the color information of the three colors has also been proposed. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-56446, it is assumed that there is a high correlation between low spatial frequency components for each color, and acquired color information × (estimated color of low spatial frequency component / acquired color information of estimated pixel of low spatial frequency component) ) To obtain estimated color information. In Japanese Patent Laid-Open No. 4-502096, estimation is performed by linear interpolation from the vicinity of an estimated pixel in accordance with a change in first color information sampled at a high spatial frequency.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
None of the above-described conventional techniques proposes an estimation method using spatial correlation information regarding a local region of an image signal to be estimated as an adaptive estimation method depending on the image structure.
[0009]
Therefore, the image processing apparatus of the present invention performs optimal estimation for an image having an arbitrary structure by performing adaptive estimation depending on the image structure using spatial correlation information regarding the local region of the image signal to be estimated. An object of the present invention is to provide an image processing apparatus capable of performing the above.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image processing apparatus according to a first invention is an imaging apparatus that generates an image signal.Color filter placement informationBased onThe position where the image signal of the predetermined color type is not obtainedImage signal position to be estimatedAsEstimated position determining means for determining, and this estimated position determining meansDetermined byA local area of a predetermined size including the position of the image signalImage signalRegion extracting means for extracting the region and the region extracting meansCalculates an autocorrelation function for an image signal of a predetermined color type from the image signal extracted bySpatial correlation information calculating means;Based on the autoregressive model, using the autocorrelation function calculated by the spatial correlation information calculating unit, the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining unitImage signal estimating means for estimating the image signal.
[0011]
An image processing apparatus according to the second invention isEstimated position determining means for determining a position where an image signal of a predetermined color type is not obtained as the position of the image signal to be estimated based on the color filter arrangement information of the imaging device that generates the image signal, and the estimated position determining means Region extracting means for extracting an image signal of a local area of a predetermined size including the position of the image signal determined by the above, and autocorrelation for an image signal of a predetermined color type from the image signal extracted by the area extracting means Spatial correlation information calculating means for calculating a function;In the local region obtained from the region extraction meansThe differential information is calculated as structural informationStructure information extraction means;Based on the autoregressive model, the image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means using the autocorrelation function calculated by the spatial correlation information calculating means The image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means by a method different from the first image signal estimating means and the first image signal estimating means Based on the structure information calculated by the second image signal estimating means and the structure information extracting means, the result of either the first image signal estimating means or the second image signal estimating means is Selecting means for selecting whether to use as an estimation result of the image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means;It has.
[0012]
An image processing apparatus according to a third aspect of the invention is an imaging apparatus that generates an image signal.Color filter placement informationBased onThe position where the image signal of the predetermined color type is not obtainedImage signal position to be estimatedAsEstimated position determining means for determining, and this estimated position determining meansDetermined byA local area of a predetermined size including the position of the image signalImage signalExtracting region extracting means and the region extracting meansCalculates an autocorrelation function for an image signal of a predetermined color type from the image signal extracted bySpatial correlation information calculating means and the region extracting meansThe inter-color cross-correlation function between the image signals of two predetermined color types is calculated from the image signal extracted byColor correlation information calculating means;Based on the autoregressive model, using the autocorrelation function calculated by the spatial correlation information calculation means and the cross-correlation function between colors calculated by the color correlation information calculation means,Obtained from the estimated position determination meansThe predetermined color type at the position of the image signal to be estimated;Image signal estimating means for estimating the image signal.
[0013]
In other words, the image processing apparatus according to the first invention is an imaging apparatus that generates an image signal.Color filter placement informationBased on the estimated position determination meansThe position where the image signal of the predetermined color type is not obtainedImage signal position to be estimatedAsDecideAn image signal of a local area having a predetermined size including the position of the image signal determined by the estimated position determining means is extracted by the area extracting means. From the image signal extracted by the region extracting means, an autocorrelation function relating to an image signal of a predetermined color type is calculated by the spatial correlation information calculating means, and calculated by the spatial correlation information calculating means based on the autoregressive model. Using the calculated autocorrelation function, the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means.The image signal is estimated by image signal estimation means.
[0014]
An image processing apparatus according to the second invention isBased on the color filter arrangement information of the imaging device that generates the image signal, a position where an image signal of a predetermined color type is not obtained is determined by the estimated position determination means as the position of the image signal to be estimated. An image signal of a local area having a predetermined size including the position of the image signal determined by the estimated position determining means is extracted by the area extracting means, and a predetermined color type is extracted from the image signal extracted by the area extracting means. An autocorrelation function relating to the image signal is calculated by the spatial correlation information calculating means. With respect to the local region obtained from the region extraction means, the differential information is calculated as structure information by the structure information extraction means, and based on the autoregressive model, the autocorrelation function calculated by the spatial correlation information calculation means is used. The image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means is estimated by the first image signal estimating means. The second image signal estimating means estimates the image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means by a method different from the first image signal estimating means. Based on the structure information calculated by the structure information extraction means, the result of either the first image signal estimation means or the second image signal estimation means is obtained from the estimated position determination means. The selection means selects whether to use the image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be used.
[0015]
An image processing apparatus according to a third invention isBased on the color filter arrangement information of the imaging device that generates the image signal, the position where the image signal of the predetermined color type is not obtained is determined by the estimated position determining means as the position of the image signal to be estimated. An image signal of a local area having a predetermined size including the position of the image signal determined by the means is extracted by the area extracting means. From the image signal extracted by the region extracting means, an autocorrelation function relating to an image signal of a predetermined color type is calculated by the spatial correlation information calculating means. From the image signal extracted by the region extracting means, a color cross-correlation function between the image signals of two predetermined color types is calculated by the color correlation information calculating means, and the spatial correlation information is based on the autoregressive model. The predetermined color at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means using the autocorrelation function calculated by the calculating means and the inter-color cross-correlation function calculated by the color correlation information calculating means. The type of image signal is estimated by the image signal estimation means.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an image processing system to which the first embodiment of the present invention is applied. The image processing system includes a single-plate
[0017]
The image processing device 19 includes an imaging device
[0018]
In the configuration described above, image information obtained by imaging the subject with the single-plate
[0019]
At this time, information relating to the arrangement of the
[0020]
The image processing device 19 obtains image information having only color information corresponding to any one of the
[0021]
That is, the estimated
[0022]
The region extraction by the
[0023]
The region extracted image at this time becomes image information corresponding to the correlation range shape of the image information stored in the image
[0024]
The spatial correlation
[0025]
[Expression 1]
[0026]
Here, i and j are spatial coordinate values of the image, and α and β are constants. The least square
[0027]
The estimation
[0028]
[Expression 2]
It is expressed as Here, D is a spatial coordinate range (neighboring region) of image information f (m, n) used for estimating g (m, n), cijIndicates the estimation coefficient of the image information f (m−i, n−j) whose coordinate values are located at i and j in the mn direction relative to the spatial coordinates of the estimated image information. At this time, the square error Err between the estimated value g (m, n) and the correct image f (m, n) is
[0029]
[Equation 3]
It is expressed as Here, A corresponds to the range of the region extraction image. Estimation coefficient c that minimizes the square error ErrijErr cijApproximately by partial differentiation with
[0030]
[Expression 4]
[0031]
Here, since R (ip, jp) and R (p, q) are known values calculated by the spatial correlation
[0032]
The image
[0033]
The corrected
Then, the processing from the determination of the region extraction image by the
[0034]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an image processing system to which the second embodiment of the present invention is applied. In FIG. 5, the region extraction image extracted by the
[0035]
[Equation 5]
[0036]
Here, a to i represent pixel values at the pixel positions of the region extraction image shown in FIG. 6, and X and Y correspond to differential values in the x and y directions, respectively. The edge intensity I is normalized to 0 to 1 according to the density range of the image used. The edge strength I can be calculated by appropriately redefining the edge strength I for a region extracted image having an arbitrary shape.
[0037]
The spatial correlation
[0038]
α ′ = α (PI + 1)
β ′ = β (QI + 1) (7)
By correcting the equation (7), α and β become I = 1 at the edge portion, and are increased by P and Q%, respectively. A correlation value is calculated by the correlation
[0039]
The configuration of the second embodiment described above can be variously modified and changed. For example, it is possible to calculate not only the edge intensity but also the edge direction using the values of X and Y, and correct the correlation function. It is also possible to select a correlation function calculation method according to the edge strength, orientation, and the like.
[0040]
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of an image processing system to which the third embodiment of the present invention is applied. In FIG. 8, the structure
I> T
In this case, the first estimation method is selected as the estimation method. Also,
I ≦ T
In the case of (2), the second estimation method is selected. T is an experimentally predetermined constant.
[0041]
The first estimation method is a method for estimating image information using autocorrelation function information of a region extraction image based on the same autoregressive model as that of the first embodiment described above. In the second estimation method, the simple
The estimated pixel information g (m, n) of the estimated position is calculated by the following equation as an average value of the image information f (m, n) in the 3 × 3 region centered on the estimated position.
[0042]
[Formula 6]
[0043]
Here, E represents a 3 × 3 rectangular area other than (m, n) centered on (m, n). The estimated image information calculated by the simple
[0044]
The configuration of the above-described third embodiment can be variously modified and changed. For example, the second image signal estimation method is not limited to a method based on linear interpolation, and an arbitrary method can be used depending on the purpose. The number of estimation methods that can be switched is not limited to two, and a plurality of switching methods can be selected by preparing a plurality of estimation methods. Further, the switching method is not limited to the structure analysis, and can be manually set in the processing apparatus.
[0045]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of an image processing system to which the fourth embodiment of the present invention is applied. In FIG. 9, the region extraction image extracted by the
[0046]
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the structure
[0047]
The
[0048]
The estimation
[0049]
The configuration of the fourth embodiment described above can be variously modified and changed. For example, the table data in the
[0050]
The fifth embodiment of the present invention will be described below. In the fifth embodiment, the estimated
[0051]
The
[0052]
The fifth embodiment described above can be variously modified and changed. For example, the estimation area is not a predetermined area, but an area where the estimation coefficient can be regarded as constant can be estimated by the structure
[0053]
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of an image processing system to which the sixth embodiment of the present invention is applied. In FIG. 11, the structure
[0054]
Note that the configuration of the above-described sixth embodiment can be variously modified and changed. For example, the method of creating the correlation area image is not limited to the method based on the differential image, and it is also possible to actually calculate the correlation function of the extraction area image and determine the correlation area from the similarity.
[0055]
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an image processing system to which the seventh embodiment of the present invention is applied. In FIG. 12, the estimated
[0056]
The spatial correlation
[0057]
The configuration of the seventh embodiment described above can be variously modified and changed. For example, the estimated
[0058]
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an image processing system to which the eighth embodiment of the present invention is applied. In FIG. 13, the image processing apparatus 65 of the present invention stores image information captured by a single-plate digital camera 44 having R, G, and B color filters arranged as shown in FIG. A luminance signal is generated from the filter arrangement information of the single-plate digital camera 44.
[0059]
Image information g (m, n) captured by the single-plate digital camera 44 is transmitted and stored in the
[0060]
The color component mask buffer 55 includes an R component mask buffer 55a, a G component mask buffer 55b, and a B component mask buffer 55c, and stores mask information of corresponding color components. Color component mask Hc (M, n) has a value of 1 when the color filter at the pixel position (m, n) of the single-plate digital camera 44 is the mask color component c, and 0 when the color filter is other color components.
[0061]
FIG. 14 shows a color component mask H corresponding to the filter arrangement of FIG.r (M, n), Hg An example of (m, n) is shown. In addition, the luminance signal calculation coefficient β stored in the
[0062]
[Expression 7]
It will be expressed as
[0063]
After the information transmission to the color component mask buffer 55 is completed, the block I /
[0064]
[Equation 8]
It is expressed as
[0065]
With the above processing, information transmission from the single-panel digital camera 44 and the
[0066]
[Equation 9]
[0067]
Here, D is a spatial coordinate range (neighboring region) of image information g (m, n) in the image memory used for estimating Y (m, n), cijIndicates an estimation coefficient of image information g (m−i, n−j) whose coordinate values are located at i and j in the m and n directions, respectively, relative to the spatial coordinates of the estimated image information. At this time, the square error Err in the predetermined region A between the estimated value by the equation (11) and the correct luminance component Y (m, n) is
[0068]
[Expression 10]
Get.
[0069]
From equation (14), approximately cklAnd the luminance signal Y (m, n) is estimated from equation (11).
First, the
[0070]
## EQU11 ##
Is calculated and memorized. For example, the R component mask H of the single-plate digital camera 44r (M, n) and G component mask Hg When (m, n) is a rectangular area of 5 × 5 pixels as shown in FIG.h rg(I, j) is as shown in FIG.
SpqIs
Spq= {(-2, -1,4), (-2,1,4), (-1, -2,4),
(-1, 0, 6), (-1, 2, 4), (0, -1, 6), (0, 1, 6), (1, -2, 4), (1, 0, 6 ), (1, 2, 4), (2, -1, 4), (2, 1, 4)}. In addition, the mask correlation calculation device 57 receives each color component mask Hc A number where the value of (m, n) is 1, that is, the number of pixels α having a corresponding color filterc Remember. For example, the R component mask H shown in FIG.r (M, n) and G component mask Hg In the case of (m, n), αr Is 9, αg Becomes 12.
[0071]
The inter-color correlation calculation device 50 includes a partial inter-color correlation calculation unit 51, a correlation
The partial color correlation calculation unit 51 reads partial images of a predetermined area A of each color component from the respective color component block buffers 49a, 49b, 49c under the control of the
[0072]
[Expression 12]
, The cross-correlation R between the partial images defined bypq′ (I, j)
Calculate
[0073]
[Formula 13]
[0074]
Where gp (M, n), gq Since (m−i, n−j) lacks information in pixels that do not correspond to the color filter, the correlation value R defined by the following equation is generally used.pq(I, j),
[0075]
[Expression 14]
Does not match. Where fp (M, n), fq (Mi, nj) represents image information having color information p, q in all pixels, respectively. Therefore, the partial color correlation calculation unit 51 sets the set S calculated by the mask correlation calculation device 57.pqBy using Rpq′ (I, j) is corrected and RpqAn estimated value of (i, j) is calculated. Set SpqThe coordinates (i, j) of the points included inh pqSince (i, j) is a coordinate value that is not zero, the term g that does not become zero is present on the right side of equation (17).p (M ′, n ′) gq (M′−i, n′−j) exists, and its value gives the correct correlation value. The value f of the term in equation (18)p (M ′, n ′) fq (M'-i, n'-j). However, such a term is a set S for the total number of pixels of the block.pqIt is limited to the term corresponding to (i, j).
[0076]
For example, in the example shown in FIG. 15, the maximum number of terms that can be obtained for the 25 terms in the equation (17) is six terms, and the other terms are zero. Therefore, the value R obtained by equation (17)pq′ (I, j) and the correct correlation value RpqCorrelation value R between masks whose ratio to (i, j) is approximately 1 in all regions0 h pq(I, j) and mask correlation value Rh pqAssuming a ratio with (i, j), RpqEstimated value R ″ of (i, j)pq(I, j) is obtained from the following equation.
R ″pq(i, j) = R 'pq(i, j) R0 h pq(i, j) / Rh pq(i, j) (19)
Also, using the image information g (m, n) in the
[0077]
[Expression 15]
Is calculated and stored internally.
[0078]
The correlation
[0079]
The correction coefficient calculation device 64 includes a correlation
The correlation
[0080]
[Expression 16]
[0081]
The
The correction
[0082]
[Expression 17]
Was used.
[0083]
The luminance
[0084]
The above processing is performed for all pixels. The corrected image can be read out to the outside via the luminance
The above-described embodiment can be variously modified and changed. For example, the estimated pixels are set for each pixel, but if it is determined that the approximation accuracy is good, the luminance components of all the pixels in the block can be obtained. Various correlation estimation methods can be used as a method for calculating the correlation between individual colors, and foresight information can also be used. In addition, although the luminance signal is estimated here, it is possible to restore arbitrary image information calculated not only by the luminance but also by a linear sum of color signals. In this example, correction of an image captured by the single-panel mosaic color filter CCD is taken up.
[0085]
[Expression 18]
Thus, for example, it can be applied to correction of an image including chromatic aberration. The cross-correlation between colors may be obtained by applying an appropriate function form based on information obtained from the observed image. It is also effective to use such information when the statistical properties of the object are known in advance.
[0086]
The above-described specific embodiments include inventions having the following configurations, and embodiments and effects corresponding to the respective inventions are as follows.
(1) Estimated position determining means for determining the position of the image signal to be estimated based on information relating to the imaging device that generates the image signal;
Area extracting means for extracting a local area of a predetermined size including the position of the image signal obtained from the estimated position determining means;
Spatial correlation information calculating means for calculating spatial correlation information regarding the local area obtained from the area extracting means;
Image signal estimation means for estimating an image signal corresponding to the position of the image signal obtained from the estimated position determination means based on the spatial correlation information calculated by the spatial correlation information calculation means;
An image processing apparatus comprising:
(2) The image processing apparatus according to the configuration (1), wherein the estimated position determining unit determines a position of an image signal to be estimated based on color filter arrangement information of the imaging device.
(3) The image processing apparatus according to (1) or (2), wherein the region extraction unit extracts a block region of n × m pixels in which n and m are integers of 2 or more.
(4) The spatial correlation information calculating unit calculates the spatial correlation information based on the autocorrelation function of the local region, according to any one of configurations (1) to (3), Image processing device.
(5) The spatial correlation information calculating means calculates the spatial correlation information based on approximating the autocorrelation function of the local region with an exponential function. The image processing apparatus according to any one of the above.
(6) The image signal estimation unit includes an estimation coefficient calculation unit that calculates an estimation coefficient related to the local region obtained from the region extraction unit based on the spatial correlation information calculated from the spatial correlation information calculation unit. And this estimated coefficient calculation means calculates the estimated coefficient of the said local area based on an autoregressive model, The image processing apparatus as described in any one of the structure (1)-(5) characterized by the above-mentioned.
(7) structure information extraction means for extracting structure information on the local area obtained from the area extraction means;
Based on the structure information extracted by the structure information extracting means, changing means for changing the method of calculating the spatial correlation information by the spatial correlation information calculating means,
The image processing apparatus according to configuration (1), further comprising:
(8) The image processing apparatus according to (7), wherein the structure information extraction unit extracts the structure information based on lightness information.
(9) The image processing apparatus according to (7), wherein the structure information extraction unit extracts the structure information based on differentiation processing and pattern matching.
(10) Estimated position determining means for determining the position of the image signal to be estimated based on information relating to the imaging device that generates the image signal;
Area extracting means for extracting a local area of a predetermined size including the position obtained from the estimated position determining means;
Structure information extraction means for extracting structure information about the local area obtained from the area extraction means;
First image signal estimation means for calculating an estimation coefficient from spatial correlation information about the local area obtained from the area extraction means and estimating an image signal corresponding to the position of the image signal obtained from the estimated position determination means When,
In the local area obtained from the area extracting means, the image signal is obtained using another image signal corresponding to the position of the image signal obtained from the estimated position determining means or an image signal located around the position. Second image signal estimation means for estimating an image signal corresponding to the position of
Switching means for switching between the first image signal estimating means and the second image signal estimating means based on the structure information extracted by the structure information extracting means;
An image processing apparatus comprising:
(11) The second image signal estimation means includes linear interpolation from image signals at positions around the position of the image signal obtained from the estimated position determination means in the local area obtained from the area extraction means, The image processing apparatus according to the configuration (10), wherein estimation is performed by interpolation using a quadratic or higher-order function.
(12) The second image signal estimation unit is configured to correlate with another image signal corresponding to the position of the image signal obtained from the estimated position determination unit in the local region obtained from the region extraction unit. The image processing apparatus according to (10), wherein the image signal is estimated.
(13) Estimated position determining means for determining the position of the image signal to be estimated based on information relating to the imaging device that generates the image signal;
Area extracting means for extracting a local area of a predetermined size including the position of the image signal obtained from the estimated position determining means;
Structure information extracting means for extracting structure information on the local area obtained from the area extracting means;
An estimated coefficient storage means in which estimated coefficients corresponding to a plurality of predetermined structure information are stored;
Estimation coefficient selection means for selecting an estimation coefficient from the estimation coefficient storage means based on the structure information extracted from the structure information extraction means;
An image processing apparatus comprising:
(14) The image processing apparatus according to (13), wherein the estimation coefficient storage unit is composed of a replaceable recording medium such as a magnetic disk or a memory card.
(15) A configuration further comprising control means for sharing and using the spatial correlation information calculated from the spatial correlation information calculation means at a plurality of positions obtained from the estimated position determination means ( The image processing apparatus according to any one of 1) to (6).
(16) Structure information extraction means for extracting structure information about the local area obtained from the area extraction means;
Based on the structure information extracted by the structure information extracting means, a second area extracting means for extracting a new local area from the local area obtained from the area extracting means;
The image processing apparatus according to any one of configurations (1) to (6), further comprising:
(17) The image processing apparatus according to (16), wherein the second region extraction unit extracts a region in which the autocorrelation function can be regarded as approximately constant.
(18) Estimated position determining means for determining the position of the image signal to be estimated based on information relating to the imaging device that generates the image signal;
Estimated position re-extracting means for re-extracting the positions of the plurality of image signals obtained from the estimated position determining means sparsely at a predetermined interval or more;
Area extracting means for extracting a local area of a predetermined size including the position of the image signal obtained from the estimated position re-extracting means;
Spatial correlation information calculating means for calculating spatial correlation information of the local area corresponding to the position of the image signal re-extracted by the estimated position re-extracting means with respect to the local area obtained from the area extracting means; ,
Spatial correlation information interpolation means for interpolating spatial correlation information related to the positions of all the image signals obtained from the estimated position determination means based on the spatial correlation information calculated from the spatial correlation information calculation means; ,
Image signal estimation means for estimating an image signal corresponding to the position of the image signal obtained from the estimated position determination means based on the spatial correlation information interpolated by the spatial correlation information interpolation means;
An image processing apparatus comprising:
(19) Estimated position determining means for determining the position of an image signal to be estimated based on information relating to an imaging device that generates an image signal composed of a plurality of color signals;
Area extracting means for extracting a local area of a predetermined size including the position of the image signal obtained from the estimated position determining means from an image signal including a plurality of color signals;
Spatial correlation information calculating means for calculating spatial correlation information regarding the local area obtained from the area extracting means;
Color correlation information calculating means for calculating color correlation information regarding the local area obtained from the area extracting means;
Based on the spatial correlation information calculated by the spatial correlation information calculation means and the color correlation information calculated by the color correlation information calculation means, an image corresponding to the position of the image signal obtained from the estimated position determination means Image signal estimating means for estimating a signal;
An image processing apparatus comprising:
(20) The color correlation information calculation means includes a prior color correlation information holding means for holding a priori information with respect to a spatial correlation of a plurality of color signals related to the local area of the predetermined size ( The image processing apparatus according to 19).
(21) The color correlation information calculating means includes function approximating means for approximating spatial correlation information of a plurality of color signals related to the local area of the predetermined size to a predetermined function indicated by a parameter ( The image processing apparatus according to 19).
(22) The image processing apparatus according to (19), wherein the area extracting unit extracts n × m block areas in which n and m are integers of 2 or more.
(Embodiments of the invention corresponding to configurations (1) to (6))
These inventions correspond to the first embodiment described above. That is, the imaging apparatus in the configuration is the single-plate
[0087]
In FIG. 1, image information captured by the single-plate
(Effects of configurations (1) to (6))
Since adaptive estimation depending on the image structure is performed using the spatial correlation information regarding the local region of the image signal to be estimated, optimal estimation can be performed for an image having an arbitrary structure. For example, by using the autocorrelation information of the region extraction image near the estimated position and performing image information estimation using an autoregressive model, an estimation coefficient that minimizes the estimation error can be automatically calculated. As a result, image processing depending on an arbitrary image structure can be performed.
(Embodiments of the invention corresponding to configurations (7) to (9))
The second embodiment described above corresponds to this invention. The structure information extraction means in the configuration corresponds to the structure
(Effects of configurations (7) to (9))
The shape of the correlation function calculated by the spatial correlation
(Embodiments of the invention corresponding to configurations (10) to (12))
The third embodiment described above corresponds to this invention. The first image signal estimation means in the configuration is a means for estimating image information using the autocorrelation function information of the region extracted image based on the autoregressive model, and the second image signal estimation means is the simple
[0088]
In the present invention, the simple linear interpolation in the flat region and the method based on the autoregressive model in the edge region are selectively used according to the image structure in the vicinity of the estimated position obtained by the analysis of the structure
(Effects of configurations (10) to (12))
By switching the image signal estimation method according to the structure of the region extraction image, it is possible to perform image signal estimation with a small amount of calculation while maintaining the estimation accuracy. For example, in a region where the image structure that is easy to estimate is flat, an estimation method based on an autoregressive model with a large amount of calculation is not used, but an estimation is performed by the simple
(Embodiments of the invention corresponding to configurations (13) and (14))
The fourth embodiment described above corresponds to this invention. The estimated coefficient storage means in the configuration corresponds to the
(Effects of configurations (13) and (14))
By storing the estimation coefficients corresponding to a plurality of predetermined structure information, the estimation coefficient can be obtained without performing an operation for calculating the estimation coefficient from the region extraction image. In this way, by calculating only a predetermined image for a calculation part having a large calculation amount in advance and storing it as table data, the calculation amount can be reduced using the table data in actual processing.
(Embodiments of the invention corresponding to configurations (15) to (17))
The sixth embodiment described above corresponds to this invention. The second area extracting means in the configuration corresponds to the correlation
(Effects of configurations (15) to (17))
By calculating the estimation coefficient in the region where the correlation can be regarded as constant by the correlation
(Embodiment of the invention corresponding to the configuration (18))
The seventh embodiment described above corresponds to this invention. The estimated position re-extraction means in the configuration corresponds to the estimated
[0089]
In the present invention, the correlation coefficient of the estimated position is not obtained by actually taking the correlation for each pixel as in the first embodiment, but the correlation coefficient is obtained from the correlation calculation only for an appropriate sample position. The correlation coefficient between the sample positions is obtained by interpolation calculation from the correlation coefficient at the sample position. This is based on the assumption that the shape of the correlation function changes continuously in most space. The amount of calculation can be reduced by obtaining the correlation coefficient by interpolation. The estimated
(Effect of configuration (18))
A plurality of positions of the image signal to be estimated are sparsely re-extracted at a predetermined interval or more, the spatial correlation information of the local region corresponding only to the re-extracted position is calculated, and the spatial correlation information regarding all positions is calculated. Interpolated. That is, the coefficient of the function form of the correlation function is obtained only for the selected position selected by the estimated
(Embodiments of the invention corresponding to configurations (19) to (22))
The eighth embodiment described above corresponds to this invention. The correction position determining means in the configuration is the
[0090]
In the present invention, as in the first embodiment, the luminance signal at the estimated position is estimated as a linear sum of surrounding image information by the AR model. However, the luminance signal is expressed as a known linear sum of R, G, and B signal values. The estimation coefficient for estimating the luminance signal requires not only autocorrelation information for each color of RGB but also cross-correlation information between colors. Here, the cross-correlation obtained approximately is used.
[0091]
In FIG. 13, image information captured by a single-plate digital camera 44 having a filter as shown in FIG. 2 is transmitted and stored in an
[0092]
The information transmission and storage from the single-panel digital camera 44 and the
(Effects of configurations (19) to (22))
For image signals consisting of multiple color signals, it is possible to estimate image information from all nearby pixels by using the spatial correlation between each color signal, compared to when each color signal is recovered independently. Image information can be estimated with high accuracy.
[0093]
When a specific target is a subject, a priori knowledge about the spatial correlation between the color signals can be obtained in advance and used effectively. By using the a priori information by switching according to the type of the image signal, more accurate estimation can be performed.
[0094]
The accuracy of the cross-correlation between partial or approximate color signals obtained from the color signals in the predetermined region varies depending on the region. Therefore, by applying the general function form of cross-correlation between colors and the function form of cross-correlation between colors obtained according to the type of image to the cross-correlation estimated from image information, Reduction can be suppressed. In addition, the cross-correlation can be obtained by interpolation from the surrounding cross-correlation at a position where the cross-correlation estimation accuracy seems low, or the cross-correlation can be regulated so that it has a specific property. Is possible.
[0095]
【The invention's effect】
According to the present invention, the adaptive estimation depending on the image structure is performed using the spatial correlation information regarding the local region of the image signal to be estimated, so that the optimum estimation is performed for an image having an arbitrary structure. Will be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image processing system to which a first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement of color filters on a CCD.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the region extraction device illustrated in FIG. 1;
4 is a diagram showing a configuration of a spatial correlation information calculation apparatus shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an image processing system to which a second embodiment of the present invention is applied.
FIG. 6 is a diagram showing a region extraction image for edge detection.
7 is a diagram showing a configuration of the spatial correlation information calculation apparatus shown in FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an image processing system to which a third embodiment of the present invention is applied.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an image processing system to which a fourth embodiment of the present invention is applied.
10 is a diagram showing a configuration of the structure information extracting device shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an image processing system to which a sixth embodiment of the present invention is applied.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an image processing system to which a seventh embodiment of the present invention is applied.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an image processing system to which an eighth embodiment of the present invention is applied.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a color component mask.
FIG. 15 is a diagram for explaining cross-correlation between red and green component masks.
FIG. 16 is a diagram illustrating a data distribution of a cross-correlation function.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を算出する空間的相関情報算出手段と、
自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を推定する画像信号推定手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。An estimated position determining means for determining a position where an image signal of a predetermined color type is not obtained as the position of the image signal to be estimated based on the color filter arrangement information of the imaging device that generates the image signal ;
A region extracting unit for extracting an image signal of a local region of a predetermined size including the position of the image signal determined by the estimated position determining unit;
Spatial correlation information calculating means for calculating an autocorrelation function relating to an image signal of a predetermined color type from the image signal extracted by the region extracting means;
Based on the autoregressive model, the image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means using the autocorrelation function calculated by the spatial correlation information calculating means Image signal estimating means for estimating
An image processing apparatus comprising:
この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を算出する空間的相関情報算出手段と、
上記領域抽出手段から得られた局所領域に関して微分情報を構造情報として算出する構造情報抽出手段と、
自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を推定する第1の画像信号推定手段と、
第1の画像信号推定手段と異なる方法で、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を推定する第2の画像信号推定手段と、
上記構造情報抽出手段により算出された構造情報に基づいて、上記第1の画像信号推定手段と第2の画像信号推定手段のいずれかの結果を、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号の推定結果として用いるかを選択する選択手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。 An estimated position determining means for determining a position where an image signal of a predetermined color type is not obtained as the position of the image signal to be estimated based on the color filter arrangement information of the imaging device that generates the image signal;
A region extracting unit for extracting an image signal of a local region of a predetermined size including the position of the image signal determined by the estimated position determining unit;
Spatial correlation information calculating means for calculating an autocorrelation function relating to an image signal of a predetermined color type from the image signal extracted by the region extracting means;
A structure information extracting means for calculating a differential information as structural information regarding the local region obtained from the region extracting means,
Based on the autoregressive model, the image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means using the autocorrelation function calculated by the spatial correlation information calculating means First image signal estimating means for estimating
Second image signal estimating means for estimating the image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be estimated obtained from the estimated position determining means by a method different from the first image signal estimating means;
Based on the structure information calculated by the structure information extraction means, the result of either the first image signal estimation means or the second image signal estimation means is estimated using the estimated position determination means. A selection means for selecting whether to use as an estimation result of the image signal of the predetermined color type at the position of the power image signal;
An image processing apparatus comprising:
この推定位置決定手段により決定された上記画像信号の位置を包含する所定サイズの局所領域の画像信号を抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の色種類の画像信号に関する自己相関関数を算出する空間的相関情報算出手段と、
上記領域抽出手段により抽出された画像信号から、所定の二種類の色種類の画像信号間の色間相互相関関数を算出する色相関情報算出手段と、
自己回帰モデルに基づき、上記空間的相関情報算出手段により算出された自己相関関数および色相関情報算出手段により算出された色間相互相関関数を用いて、上記推定位置決定手段から得られた上記推定すべき画像信号の位置における上記所定の色種類の画像信号を推定する画像信号推定手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。An estimated position determining means for determining a position where an image signal of a predetermined color type is not obtained as the position of the image signal to be estimated based on the color filter arrangement information of the imaging device that generates the image signal ;
A region extracting unit for extracting an image signal of a local region of a predetermined size including the position of the image signal determined by the estimated position determining unit;
Spatial correlation information calculating means for calculating an autocorrelation function relating to an image signal of a predetermined color type from the image signal extracted by the region extracting means;
Color correlation information calculating means for calculating a cross-correlation function between colors of image signals of two predetermined color types from the image signal extracted by the region extracting means;
Based on the autoregressive model, using the colors cross-correlation function calculated by the autocorrelation function and the color correlation information calculation unit calculated by the spatial correlation information calculation unit, the estimates obtained from the estimated position determining means Image signal estimating means for estimating the image signal of the predetermined color type at the position of the image signal to be;
An image processing apparatus comprising:
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