JP4014436B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CCD等の撮像素子を用いた撮像装置に係り、特にダイナミックレンジの拡大のために複数画像を合成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、露光量の異なる複数の画像を合成することによって広ダイナミックレンジの撮像画像を得る試みは、種々提案されている。
【0003】
その1つは、露出量の異なる2つの原画像データから、一旦1つの広いダイナミックレンジ(以下、「Dレンジ」という)の画像を生成し、この画像に対して各種の画像処理を施して記録対象画像を生成するものである。ここで、中間段階で生成される広いDレンジの画像とは、全てのレンジをカバーできるように原画像のデータのビット数よりも多くのビット数を有した画像である。このように、広いDレンジの画像を用いて各種の画像処理を行うことにより、最良の処理を施し得る可能性を有している。
【0004】
また、他の方法の1つは、2つの原画像データを画素毎に加算平均して加重合成した画像を生成するものである。この方法では、画像の演算処理が単純であるため、撮像装置への適用が容易であるという利点を備えている。
【0005】
さらに、他の方法の1つは、片側の原画像の輝度データの内、Dレンジの範囲を逸脱した領域にあるデータを、他の原画像のデータで置き換えるものである。この方法では、上記の方法と同様に画像の演算処理が単純であるため、撮像装置への適用が容易であるという利点を備えている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中間段階で広Dレンジ画像を作成する方法では、この作成とその後の演算のための処理が複雑化し、また多くのメモリ領域が必要になるという問題があり、例えば撮像装置に要求されるリアルタイム処理、小型化、コスト低減等のニーズを考えた場合は好ましいものではないと考えられる。
【0007】
また、一時的に広Dレンジの画像情報を得られるとしても、最終的に生成されるレンジの狭い画像において輝度圧縮等の信号処理が施されるとすれば、結局は画質は低下することになる。従って、この観点から充分な画質の得られる信号処理技術は未だ確立しているとは言えなかった。
【0008】
また、加算平均処理では、Dレンジは拡大するが階調が圧縮されてしまい、そのままの画像として見た場合にはコントラストが低下する。これに対して何らかの画像補正を行う場合には、逆に量子化ノイズの増加を生じて画質の低下を生じさせてしまうことがある。
【0009】
また、逸脱データ置換処理では、輝度情報によって採用する画像を切り替えることになるため、被写体の絵柄などの輝度分布によっては不自然な画像が得られることがある。例えば、解像度チャートの縞模様等の高周波かつ高コントラストの被写体の画像では、反転模様の偽信号的な画像を生じてしまうことになる。
【0010】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであって、撮像装置への適用が容易であり、Dレンジが拡大された自然な撮像画像を得ることのできる撮像装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、異なる露光量を与えて得られる複数の原画像の画像信号のそれぞれについて処理して、当該時点における処理対象である着目画素に関して、当該着目画素およびこれに付随する近傍画素からなる画素群の各画素値に基いて前記着目画素に関するコントラストの程度を表す指標を算出する指標化手段と、前記指標に基づいて前記着目画素毎に前記複数の原画像の画像信号の内から1の画像信号を選択する選択手段と、前記選択された画像信号から一つの合成画像信号を生成する画像生成手段とを備え、前記指標化手段は、前記着目画素の画像信号S、前記近傍画素の画像信号S i 、所定の値αを用いて、下記式からコントラストの程度を表す指標Cを算出する撮像装置である。
C=Σ|S−S i |/{Σ(S+S i )+α}
【0012】
また本発明は、異なる露光量を与えて得られる複数の原画像の画像信号のそれぞれについて処理して、当該時点における処理対象である着目画素に関して、当該着目画素およびこれに付随する近傍画素からなる画素群の各画素値に基いて前記着目画素に関するコントラストの程度を表す指標を算出する指標化手段と、前記指標に基づいて前記着目画素毎に前記複数の原画像の画像信号の内から1の画像信号を選択する選択手段と、前記選択された画像信号から一つの合成画像信号を生成する画像生成手段とを備え、前記指標化手段は、前記画素群の画像信号の最大値Smax、前記画素群の画像信号の最小値Smin、前記画素群の画像信号の平均値Savを用いて、下記式からコントラストの程度を表す指標Cを算出する撮像装置である。
C=(Smax−Smin)/Sav
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明が適用される撮像装置の構成を示すブロック図である。
【0018】
本撮像装置は、各種レンズからなるレンズ系101、レンズ系101を駆動するためのレンズ駆動機構102、レンズ系101の絞りを制御するための露出制御機構103、メカニカルシャッタ104、CCD撮像素子105、CCD撮像素子105を駆動するためのCCDドライバ106、A/D変換器などを含むプリプロセス部107、マトリックス変換処理その他のデジタル処理を行うためのデジタルプロセス部108、カードインターフェース109、メモリカード110、LCD画像表示系111を備えている。
【0019】
更に本撮像装置は、各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ112、各種SWからなる操作スイッチ系113、操作状態及びモード状態等を表示するための操作表示系114、レンズ駆動機構を制御するためのレンズドライバ115、発光手段としてのストロボ116、ストロボ116を制御するための露出制御ドライバ117、各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ(EEPROM)を備えている。
【0020】
本撮像装置においては、システムコントローラ112が全ての制御を統括的に行っており、特に露出制御機構103及びメカニカルシャッタ104とCCDドライバ106によるCCD撮像素子105の駆動を制御して露光(電荷蓄積)及び信号の読出しを行ない、それをプリプロセス部107を介してデジタルプロセス部108に取り込み、各種信号処理を施した後にカードインターフェース109を介してメモリカード110に記録するようになっている。
【0021】
次に、本撮像装置を用いてDレンジを拡大する処理方法について説明する。
【0022】
先ず、システムコントローラ112は露出制御機構103、メカニカルシャッタ104、CCDドライバ106によるCCD撮像素子105の駆動を制御して第1の露光条件の下で撮影した第1の画像信号をCCD撮像素子115から読出し、続いて第2の露光条件の下で撮影した第2の画像信号をCCD撮像素子115から読出す。
【0023】
ここで、第1及び第2の画像信号をその時間差を極力少なくするようにして読み出すことは、2画像の撮影の間に被写体が動いた場合に生ずる「処理の破綻」を防止するために必要である。これは、例えば特願2000−077136号公報に記載の、プログレシブ走査(フルフレーム読出し)対応型CCDとメカニカルシャッタを組み合わせた駆動方法を用いて実現することができる。
【0024】
ところで、CCD撮像素子105から読み出される画像信号の高輝度側の信号はCCD撮像素子105の飽和レベルが限界になり、低輝度側の信号は撮像装置に組み込まれた状態での撮像素子出力のノイズレベルが限界となるため、少なくともこれらのレベルを超えた撮像レンジを得ることはできない。
【0025】
図2は、一般的な撮像素子の光電変換特性を模式的に示す図である。
【0026】
本図において、横軸は入射光量、縦軸は信号レベルをそれぞれ対数表示したものである。図中、高輝度側の信号の限界レベルをUL、低輝度側の信号の限界レベルをLLで示している。ULは撮像素子の飽和レベルにほぼ対応する値であり、一方LLはノイズレベルであるNLとは異なり、一義的に定められるものではなく、例えば画像が鑑賞に耐えうる所定のS/N比を有するレベルとして定められるものである。尚、LLについては上記基準でなくても、視覚評価を行って「これ以下のレベルは黒つぶれである」レベルを決定して、その限界レベルをLLとしても良い。
【0027】
このようにして定められたULとLLの間が有効輝度域となり、対数軸上でのこれらの差DR(=UL−LL)が撮像レンジとなる。このDRは、撮像装置の設計された構造によって異なるが、通常の撮像装置では場合は5〜6EV(30〜36dB)のものが多く用いられており、本実施形態の撮像装置もこのクラスの撮像レンジをもつものである。
【0028】
従って、CCD撮像素子105から読み出された2つの画像信号の光電変換特性は模式的に図3で示される。本図では、第1の画像信号は短い露光時間で撮像され、第2の画像信号は長い露光時間で撮像された信号である。このため、2つの画像信号の光電変換特性は、その露光時間の違いに相当する分だけ横軸方向に移動した関係にある。この結果、これらの2つの画像信号には同じ撮像レンジDRを持つ撮像装置であっても拡大輝度域にある被写体の輝度についての画像信号が含まれていることになる。
【0029】
尚、本発明においては、露光時間のずらし量については任意に選定することができ、また露光レベルは露光時間以外のパラメータ、例えば絞りによって変化させるものであっても良い。
【0030】
続いて、露出レベルの異なる2つの画像信号から1つの合成画像を得る方法について説明する。ここで、以下の説明では、特に言及しない場合はモノクロ信号を用いた処理とする。
【0031】
図4は、画像合成に係る撮像装置の構成を示す図である。画像合成処理は、システムコントローラ112に設けられた画像生成処理部122がデジタルプロセス部108との間で信号の授受を行なって実行される。そして、画像生成処理部122には、指標化部123、画像信号選択部124及び画像生成部125が設けられている。
【0032】
本発明に係る第1の実施形態では、画像合成処理部122は、デジタルプロセス部108を介して、第1原画像の画像信号S1と、第2原画像の画像信号S2とを読み込む。そして、この原画像のi行j列の位置にある1画素の画像信号をSn(i、j)と表す。尚、nは1または2を表すものとし、従って、Snは第1原画像の画像信号S1と、第2原画像の画像信号S2を意味する。
【0033】
次に、処理しようとする画像信号Sn(i、j)を含む局所領域を考える。この局所領域とは「座標が(i,j)である着目画素およびこの近傍画素からなる画素群の存在領域」とも言い換えられるものであって、1つの着目画素を単独に考えただけではコントラストが定義できないため、この着目画素に加えてこれに付随する近傍画素を合わせた画素群を考慮し、この画素群に対して所定の演算を適用して得られるコントラスト値をもって、当該着目画素(またはこの画素群)に関するコントラスト値とみなすために設定するものである。図5に示す領域では、当該画素およびその上下左右の5画素を対象としている。
【0034】
指標化部123は、この局所領域内の各データを用いて、式(1)で示す高周波成分Hn(i、j)と、式(2)で示す低周波成分Ln(i、j)とを算出する。
【0035】
Hn(i、j)=Σ|Sn(i、j)−Sn(k、l)| ・・・(1)
Ln(i、j)=Σ{Sn(i、j)+Sn(k、l)} ・・・(2)
ここで、k、lは図5に示すi行j列の位置の画素の上下左右の4点を表す。
【0036】
そして、このHn(i、j)とLn(i、j)に基づいて、式(3)で示すコントラスト成分Cn(i、j)を計算する。
【0037】
Cn(i、j)=Hn(i、j)/{Ln(i、j)+α} ・・・(3)
但し、α:定数
次にこの式(1)〜(3)の意味について説明する。
【0038】
先ず、高周波成分Hn(i、j)は画像信号Sn(i、j)とその周囲点との間の画像信号の差、即ち画素の変化であるコントラストを示していると考えられる。従って、この値が大きい場合は、この局所領域中の画像はコントラストが大きいことを示し、この値が小さい場合は、この局所領域中の画像はコントラストが小さいことを示している。
【0039】
また、低周波成分Ln(i、j)を構成している演算{Sn(i、j)+Sn(k、l)}は画像信号Sn(i、j)とその周囲点の画像信号との中間値の2倍の値を与えるものである。従って、Ln(i、j)の値が大きい場合は、この局所領域中の画像信号が平均的に大きいことを示し、この値が小さい場合は、この局所領域中の画像信号が平均的に小さいことを示している。
【0040】
そこで、高周波成分Hn(i、j)を低周波成分Ln(i、j)で除算して得られるコントラスト成分Cn(i、j)は、コントラストを基準化した指標値であると考えることができる。ここで、分母に微小オフセット値αを付加しているのは、低周波成分Ln(i、j)の値が小さい場合に含まれるノイズ成分による誤差の影響を低減し、さらに低周波成分Ln(i、j)が微小な場合を実質的に除外するためである。
【0041】
次に画像信号選択部124は、このようにして求めた第1原画像のコントラスト成分C1と、第2原画像のコントラスト成分C2とを各画素毎に比較する。そして、大きいコントラスト成分をもつ原画像の画像信号を選択して新しく合成する画像の画像信号とする。即ち、C1>C2の場合(またはC1≫C2)にはS1を選択し、C1<C2の場合(またはC1≪C2)にはS2を選択する。また、C1=C2の場合(またはC1≒C2)には(S1+S2)/2を新たな画像信号とする。
【0042】
そして、画像生成部125がこの選択された画像信号に基づいて1つの合成画像を生成する。こうして得られた画素信号は、従来の撮像信号と同様に後段の回路で処理され、メモリカード110に記録あるいはLCD画像表示系111に表示される。このように、原画像の画像信号に基づいて画素毎にコントラストの大きいものを選択するように構成しているため、輝度成分に基いた処理等に比して階調圧縮の影響を受けにくく、偽信号の生じない自然な画像を簡単な処理で得ることができる。
【0043】
次に、本発明に係る第2の実施の形態では、コントラスト成分Cn(i、j)を式(3)の代わりに式(4)によって算出する。
【0044】
Cn(i、j)=Hn(i、j)*{Lm(i、j)+α) …(4)
但し、α:定数
ここで、mはnとは異なる数を意味する。即ち、n=1のときはm=2となり、n=2のときはm=1を意味する。
【0045】
いま、C1>C2の関係が成立したとすると、この関係式に式(4)を代入すると式(5)となる。
H1(i、j)*{L2(i、j)+α)
>H2(i、j)*{L1(i、j)+α) …(5)
そして、式(5)を変形すると式(6)となる。
H1(i、j)/{L1(i、j)+α)
>H2(i、j)/{L2(i、j)+α) …(6)
式(6)は、第1の実施形態のコントラスト成分の大小を比較することと同じである。即ち、2つの値を比較する場合は、式(4)で定義された値を用いて大小を比較しても、式(3)で定義された値の大小を比較するのと同一の結果を得ることになる。
【0046】
従って、式(4)で定義される値をコントラスト成分として用いることによって、演算機能として除算処理を用いる必要がなくなるため、演算の高速化と簡略化を図ることができる。
【0047】
次に、本発明に係る第3の実施の形態では、コントラスト成分Cn(i、j)を式(7)を用いて定義する。
【0048】
Cn(=|Smax−Smin|/Sav ・・・(7)
ここで、Smax:当該局所領域中の画像信号の最大値、Smin:当該局所領域中の画像信号の最小値、Sav:当該局所領域中の画像信号の平均値。
【0049】
この式(7)によれば、領域内の全画像信号情報に基づいた誤差の少ない指標を作成することができる。
【0050】
次に、本発明に係る第4の実施の形態では、標準JPEG処理におけるDCT(Discrete Cosine Transfer)処理と同様のブロック処理を行う。即ち、DCT処理における交流成分をHn(i、j)とし、同じく直流成分をLn(i、j)として式(3)または式(4)によってコントラスト成分Cn(i、j)を定義するものである。この方式によれば、領域内の全画像信号情報に基づいた誤差の少ない指標を作成することができる。
【0051】
次に、本発明に係る第5の実施の形態であるカラー信号に基づいて画像を合成する方法について説明する。
【0052】
図4に示す構成において、先ず、画像合成処理部122は、第1、第2の画像信号のカラー信号である点順次信号(R、G、B)をデジタルプロセス部108に入力させる。そして、図示しないマトリクス変換処理部120を動作させて、同時化されたコンポーネント信号を生成させ、このコンポーネント信号を用いて式(8)に示す輝度信号Yを算出する。
【0053】
Y=0.299R+0.587G+0.114B ・・・(8)
そして、この輝度信号を前述の各実施の形態における画像信号Sn(i、j)として取り扱う。
【0054】
以下、指標化部123は式(1)乃至式(4)に基づいてコントラスト成分Cnを算出し、画像信号選択部124はC1とC2を比較して前記実施形態と同様手順で選択するべき画像信号を判断する。そして、画像生成部125は、この結果抽出されたコンポーネント信号を用いて1つの合成画像を作成する。
【0055】
本実施の形態によれば、カラー画像においても輝度信号に基づいて画素毎にコントラストの大きいものを選択するように構成しているため、輝度成分に基いた処理等に比して階調圧縮の影響を受けにくく、偽信号の生じない自然な画像を簡単な処理で得ることができる。
【0056】
尚、上述の第1、第2の実施形態においては図5に示すように処理する画素の上下左右の画素を用いて演算を行っているがこの実施形態に限定されず、図6に示すように処理する画素を囲む、異なる位置の画素を用いて同様の演算を行うように構成しても良い。
【0057】
また、処理する局所領域は実施の形態に示す3×3に限定されず任意に設定することが可能である。例えば図7に示すように5×5の領域であっても良い。
【0058】
さらに、本実施の形態では画像合成に使用する画像信号を画素毎に選択しているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、選択された画素を含む局所領域を選択してその局所領域を合成して画像を生成するように構成しても良い。
【0059】
尚、この2画素の比較、選択は画像信号の全画素に対して行っても良く、図3に示す共通輝度域以外の輝度域にある画素を対象として処理しても良い。
【0060】
また、上記各実施の形態では2つの画像を合成する場合の処理について説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、3つ以上の画像を用いるものであっても良い。例えば、露光レベルが大中小であるA、B、Cの3画像を用いて上記と同様の処理を行ってコントラスト成分Cnが最大のものを選択するように構成することができる。
【0061】
また、本発明は、回路などのハードウェアを用いて構成しても良く、マイクロコンピュータに処理プログラムを組み込んで実現するものであっても良い。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように本発明を適用すれば、Dレンジが拡大された自然な撮像画像を得ることのできる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される撮像装置の構成を示すブロック図。
【図2】一般的な撮像素子の光電変換特性を模式的に示す図。
【図3】2つの画像信号の光電変換特性を模式的に示す図。
【図4】画像合成に係る撮像装置の構成を示す図。
【図5】指標値の演算に用いる局所領域の構成を示す図。
【図6】指標値の演算に用いる局所領域の他の構成を示す図。
【図7】指標値の演算に用いる局所領域の他の構成を示す図。
【符号の説明】
105…CCD撮像素子
107…プリプロセス部
108…デジタルプロセス部
112…システムコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image pickup apparatus using an image pickup device such as a CCD, and more particularly to a technique for synthesizing a plurality of images for expanding a dynamic range.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various attempts to obtain a captured image with a wide dynamic range by combining a plurality of images having different exposure amounts have been proposed.
[0003]
One of them is to generate an image of one wide dynamic range (hereinafter referred to as “D range”) from two original image data with different exposure amounts, and perform various image processing on the image and record it. A target image is generated. Here, the wide D range image generated in the intermediate stage is an image having a larger number of bits than the number of bits of the data of the original image so as to cover the entire range. In this way, there is a possibility that the best processing can be performed by performing various kinds of image processing using an image of a wide D range.
[0004]
Another method is to generate an image obtained by performing weighted synthesis by averaging two original image data for each pixel. This method has an advantage that it can be easily applied to an imaging apparatus because the arithmetic processing of the image is simple.
[0005]
Furthermore, one of the other methods is to replace the data in the area deviating from the range of the D range in the luminance data of the original image on one side with the data of the other original image. This method has an advantage that it can be easily applied to the imaging apparatus because the image calculation process is simple as in the above method.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of creating a wide D-range image at an intermediate stage has a problem that the creation and subsequent processing are complicated, and a large memory area is required. Considering needs such as real-time processing, miniaturization, and cost reduction, it is not preferable.
[0007]
Even if image information of a wide D range can be obtained temporarily, if signal processing such as luminance compression is performed on an finally generated image having a narrow range, the image quality will eventually deteriorate. Become. Therefore, it cannot be said that a signal processing technique capable of obtaining sufficient image quality has been established from this viewpoint.
[0008]
In addition, in the averaging process, the D range is expanded but the gradation is compressed, and the contrast is lowered when viewed as an image as it is. On the other hand, when some kind of image correction is performed, there is a case where the quantization noise is increased and the image quality is deteriorated.
[0009]
Further, in the deviation data replacement process, an image to be adopted is switched depending on the luminance information, and therefore an unnatural image may be obtained depending on the luminance distribution of the subject image or the like. For example, a high-frequency and high-contrast image of an object such as a stripe pattern on a resolution chart will produce a false signal image with an inverted pattern.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an imaging apparatus that can be easily applied to an imaging apparatus and can obtain a natural captured image with an expanded D range. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-described problem is to process each of a plurality of image signals of original images obtained by giving different exposure amounts, and regarding the target pixel to be processed at the time point, the target pixel and the target pixel Indexing means for calculating an index representing the degree of contrast related to the pixel of interest based on each pixel value of a pixel group consisting of adjacent pixels, and images of the plurality of original images for each pixel of interest based on the index A selection unit that selects one image signal from the signals; and an image generation unit that generates one composite image signal from the selected image signal. The indexing unit includes the image signal S of the pixel of interest. The image pickup apparatus calculates an index C representing the degree of contrast from the following equation using the image signal S i of the neighboring pixels and a predetermined value α.
C = Σ | S−S i | / {Σ (S + S i ) + α}
[0012]
Further, the present invention processes each of the image signals of a plurality of original images obtained by giving different exposure amounts, and includes the target pixel and a neighboring pixel associated with the target pixel as a processing target at the time. Indexing means for calculating an index representing the degree of contrast related to the target pixel based on each pixel value of the pixel group; and one of the image signals of the plurality of original images for each target pixel based on the index A selection unit configured to select an image signal; and an image generation unit configured to generate one composite image signal from the selected image signal. The indexing unit includes a maximum value Smax of the image signal of the pixel group, the pixel The imaging apparatus calculates an index C representing the degree of contrast from the following equation using the minimum value Smin of the image signals of the group and the average value Sav of the image signals of the pixel group.
C = (Smax−Smin) / Sav
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus to which the present invention is applied.
[0018]
The imaging apparatus includes a
[0019]
Further, the imaging apparatus controls a
[0020]
In this image pickup apparatus, the
[0021]
Next, a processing method for enlarging the D range using the imaging apparatus will be described.
[0022]
First, the
[0023]
Here, it is necessary to read out the first and second image signals while minimizing the time difference between them in order to prevent the “processing failure” that occurs when the subject moves during the photographing of the two images. It is. This can be realized, for example, by using a driving method described in Japanese Patent Application No. 2000-077136 in which a progressive scan (full frame readout) compatible CCD and a mechanical shutter are combined.
[0024]
By the way, the saturation level of the CCD
[0025]
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating photoelectric conversion characteristics of a general image sensor.
[0026]
In this figure, the horizontal axis indicates the incident light amount, and the vertical axis indicates the signal level logarithmically. In the drawing, the limit level of the signal on the high luminance side is indicated by UL, and the limit level of the signal on the low luminance side is indicated by LL. UL is a value that substantially corresponds to the saturation level of the image sensor, while LL is not uniquely defined, unlike NL that is a noise level. For example, a predetermined S / N ratio that an image can withstand viewing is obtained. It is determined as a level to have. Even if LL is not the above-mentioned standard, visual evaluation may be performed to determine a level “the level below this is blackout”, and the limit level may be set to LL.
[0027]
The effective luminance range is between UL and LL determined in this way, and the difference DR (= UL−LL) on the logarithmic axis is the imaging range. This DR varies depending on the designed structure of the image pickup apparatus, but in the case of a normal image pickup apparatus, 5 to 6 EV (30 to 36 dB) is often used, and the image pickup apparatus of the present embodiment is also of this class. It has a range.
[0028]
Therefore, the photoelectric conversion characteristics of the two image signals read from the
[0029]
In the present invention, the shift amount of the exposure time can be arbitrarily selected, and the exposure level may be changed by a parameter other than the exposure time, such as a diaphragm.
[0030]
Next, a method for obtaining one composite image from two image signals having different exposure levels will be described. Here, in the following description, unless otherwise specified, processing using a monochrome signal is performed.
[0031]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus related to image synthesis. The image composition processing is executed by the image
[0032]
In the first embodiment according to the present invention, the image
[0033]
Next, a local region including the image signal Sn (i, j) to be processed is considered. This local area can be rephrased as "a pixel group consisting of a pixel of interest whose coordinates are (i, j) and its neighboring pixels". Contrast is not obtained by considering one pixel of interest alone. Since it cannot be defined, a pixel group that includes the target pixel and the neighboring pixels associated with the target pixel is considered, and the target pixel (or the target pixel) is obtained with a contrast value obtained by applying a predetermined calculation to the pixel group. It is set to be regarded as a contrast value for the pixel group). In the region shown in FIG. 5, the pixel and five pixels above, below, left, and right are targeted.
[0034]
The
[0035]
Hn (i, j) = Σ | Sn (i, j) −Sn (k, l) | (1)
Ln (i, j) = Σ {Sn (i, j) + Sn (k, l)} (2)
Here, k and l represent the four points on the top, bottom, left and right of the pixel at the position of i row and j column shown in FIG.
[0036]
Based on Hn (i, j) and Ln (i, j), the contrast component Cn (i, j) shown in Expression (3) is calculated.
[0037]
Cn (i, j) = Hn (i, j) / {Ln (i, j) + α} (3)
However, α: constant Next, the meaning of the equations (1) to (3) will be described.
[0038]
First, the high-frequency component Hn (i, j) is considered to indicate the difference between the image signals Sn (i, j) and the surrounding points, that is, the contrast that is a change in pixels. Therefore, when this value is large, it indicates that the image in this local region has a high contrast, and when this value is small, it indicates that the image in this local region has a low contrast.
[0039]
In addition, the operation {Sn (i, j) + Sn (k, l)} constituting the low frequency component Ln (i, j) is an intermediate between the image signal Sn (i, j) and the image signal of the surrounding points. A value that is twice the value is given. Therefore, when the value of Ln (i, j) is large, it indicates that the image signal in this local region is large on average, and when this value is small, the image signal in this local region is small on average. It is shown that.
[0040]
Therefore, the contrast component Cn (i, j) obtained by dividing the high frequency component Hn (i, j) by the low frequency component Ln (i, j) can be considered as an index value based on contrast. . Here, the minute offset value α is added to the denominator to reduce the influence of the error due to the noise component included when the value of the low frequency component Ln (i, j) is small, and further, the low frequency component Ln ( This is to substantially exclude the case where i, j) is very small.
[0041]
Next, the image
[0042]
Then, the
[0043]
Next, in the second embodiment according to the present invention, the contrast component Cn (i, j) is calculated by the equation (4) instead of the equation (3).
[0044]
Cn (i, j) = Hn (i, j) * {Lm (i, j) + α) (4)
Where α is a constant, where m is a number different from n. That is, when n = 1, m = 2, and when n = 2, m = 1.
[0045]
Now, assuming that the relationship of C1> C2 is established, substituting equation (4) into this relationship gives equation (5).
H1 (i, j) * {L2 (i, j) + α)
> H2 (i, j) * {L1 (i, j) + α) (5)
Then, when Expression (5) is modified, Expression (6) is obtained.
H1 (i, j) / {L1 (i, j) + α)
> H2 (i, j) / {L2 (i, j) + α) (6)
Expression (6) is the same as comparing the magnitudes of the contrast components in the first embodiment. That is, when comparing two values, even if the magnitudes are compared using the value defined in Equation (4), the same result as comparing the values defined in Equation (3) is obtained. Will get.
[0046]
Therefore, by using the value defined by Equation (4) as a contrast component, it is not necessary to use a division process as a calculation function, so that the calculation can be speeded up and simplified.
[0047]
Next, in the third embodiment according to the present invention, the contrast component Cn (i, j) is defined using the equation (7).
[0048]
Cn (= | Smax−Smin | / Sav (7)
Here, Smax: the maximum value of the image signal in the local area, Smin: the minimum value of the image signal in the local area, Sav: the average value of the image signals in the local area.
[0049]
According to this equation (7), it is possible to create an index with less error based on all image signal information in the region.
[0050]
Next, in the fourth embodiment according to the present invention, block processing similar to DCT (Discrete Cosine Transfer) processing in standard JPEG processing is performed. That is, the contrast component Cn (i, j) is defined by the equation (3) or the equation (4) where the alternating current component in DCT processing is Hn (i, j) and the direct current component is Ln (i, j). is there. According to this method, it is possible to create an index with less error based on all image signal information in the region.
[0051]
Next, a method for synthesizing an image based on a color signal according to the fifth embodiment of the present invention will be described.
[0052]
In the configuration shown in FIG. 4, first, the image
[0053]
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B (8)
Then, this luminance signal is handled as the image signal Sn (i, j) in each of the above-described embodiments.
[0054]
Hereinafter, the
[0055]
According to the present embodiment, the color image is also configured to select a pixel having a high contrast for each pixel based on the luminance signal, so that gradation compression is performed compared to processing based on the luminance component. It is possible to obtain a natural image which is not easily affected and does not generate a false signal by simple processing.
[0056]
In the first and second embodiments described above, calculation is performed using the upper, lower, left, and right pixels of the pixel to be processed as shown in FIG. 5, but the present invention is not limited to this embodiment, and as shown in FIG. Alternatively, the same calculation may be performed using pixels at different positions surrounding the pixels to be processed.
[0057]
Further, the local region to be processed is not limited to 3 × 3 shown in the embodiment and can be arbitrarily set. For example, it may be a 5 × 5 area as shown in FIG.
[0058]
Furthermore, in the present embodiment, the image signal used for image synthesis is selected for each pixel. However, the present invention is not limited to this mode, and a local region including the selected pixel is selected and the image signal is selected. You may comprise so that an image may be produced | generated by combining a local area | region.
[0059]
Note that the comparison and selection of the two pixels may be performed for all the pixels of the image signal, or may be processed for pixels in a luminance region other than the common luminance region shown in FIG.
[0060]
In the above-described embodiments, the processing for combining two images has been described. However, the present invention is not limited to this embodiment, and three or more images may be used. For example, it is possible to perform a process similar to the above using three images A, B, and C having exposure levels of large, medium, and small, and select the one having the maximum contrast component Cn.
[0061]
The present invention may be configured using hardware such as a circuit, or may be realized by incorporating a processing program into a microcomputer.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, by applying the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus capable of obtaining a natural captured image with an expanded D range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating photoelectric conversion characteristics of a general image sensor.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating photoelectric conversion characteristics of two image signals.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus related to image synthesis.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a local region used for calculating an index value.
FIG. 6 is a diagram showing another configuration of a local region used for calculating an index value.
FIG. 7 is a diagram showing another configuration of a local region used for calculating an index value.
[Explanation of symbols]
105 ...
Claims (2)
前記指標に基づいて前記着目画素毎に前記複数の原画像の画像信号の内から1の画像信号を選択する選択手段と、
前記選択された画像信号から一つの合成画像信号を生成する画像生成手段と
を備え、
前記指標化手段は、
前記着目画素の画像信号S、前記近傍画素の画像信号Si、所定の値αを用いて、
下記式からコントラストの程度を表す指標Cを算出すること
を特徴とする撮像装置。
C=Σ|S−Si|/{Σ(S+Si)+α}Each pixel signal of a plurality of original images obtained by giving different exposure amounts is processed, and each pixel of a pixel group including the target pixel and the neighboring pixels associated with the target pixel as a processing target at the time point Indexing means for calculating an index representing the degree of contrast related to the pixel of interest based on a value;
Selection means for selecting one image signal from among the image signals of the plurality of original images for each pixel of interest based on the index;
Image generating means for generating one composite image signal from the selected image signal,
The indexing means includes
Using the image signal S of the pixel of interest, the image signal S i of the neighboring pixel, and a predetermined value α,
An image pickup apparatus that calculates an index C representing a degree of contrast from the following equation.
C = Σ | S−S i | / {Σ (S + S i ) + α}
前記指標に基づいて前記着目画素毎に前記複数の原画像の画像信号の内から1の画像信号を選択する選択手段と、
前記選択された画像信号から一つの合成画像信号を生成する画像生成手段と
を備え、
前記指標化手段は、
前記画素群の画像信号の最大値Smax、前記画素群の画像信号の最小値Smin、前記画素群の画像信号の平均値Savを用いて、
下記式からコントラストの程度を表す指標Cを算出すること
を特徴とする撮像装置。
C=(Smax−Smin)/SavEach pixel signal of a plurality of original images obtained by giving different exposure amounts is processed, and each pixel of a pixel group including the target pixel and the neighboring pixels associated with the target pixel as a processing target at the time point Indexing means for calculating an index representing the degree of contrast related to the pixel of interest based on a value;
Selection means for selecting one image signal from among the image signals of the plurality of original images for each pixel of interest based on the index;
Image generating means for generating one composite image signal from the selected image signal,
The indexing means includes
Using the maximum value Smax of the image signal of the pixel group, the minimum value Smin of the image signal of the pixel group, and the average value Sav of the image signal of the pixel group,
An image pickup apparatus that calculates an index C representing a degree of contrast from the following equation.
C = (Smax−Smin) / Sav
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