JP4016470B2 - カラー撮像装置及びカラー画像補正方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像素子を用いた撮像等により取得した画像データから、ノイズ成分を除去し、高画質の画像データを生成することができるカラー撮像装置及びカラー画像補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカラー撮像装置は、撮像により取得した画像データからノイズ成分を除去し、画質の向上を図っている。一般的な、ノイズ除去の方法として、例えば、偽色というノイズが発生しやすい画像の空間高周波数部やエッジ部を抜き出し、そこの色の濃さ（彩度）を減少させる方法が採られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、画像の空間高周波数部やエッジ部に現れる偽色部は、除去されるが、その他の部分に発生した偽色部が、除去されずに残ってしまうという欠点があった。また、画像の空間高周波数部やエッジ部を抜き出すための計算も煩雑なものであった。
さらに、画像の空間高周波数部やエッジ部から抜き出した部分が偽色部でない場合であっても、偽色部とみなして色の濃さ（彩度）を減少させてしまう誤作動を防止するため、不感帯を設ける必要があり、完全にノイズ成分が除去できない場合もあった。
【０００４】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ノイズ成分を適切に除去し、高画質の画像を得ることができるカラー撮像装置及びカラー画像補正方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかるカラー撮像装置は、マトリクス状に形成された撮像素子の各画素に対応させてｎ色のうちの何れか１色のカラーフィルタ片が配置されたカラーフィルタを介して前記撮像素子により撮像されることで、ｎ色分の画素データがマトリクス状に配置されて形成された画像データを入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された画像データから暗電流とスミア成分を除去し、これらが除去された画像データに基づき、色成分毎に補間データを生成し各画素位置に対してｎ色分の画素データをそれぞれ求めると共に、各画素位置の輝度を示す輝度データと各画素位置の彩度を示す色差データとを生成する画素データ生成手段と、
周波数の異なる光を順次前記カラーフィルタを介して前記撮像素子に与えた場合に該各光毎に下記（数１）の評価値Ｆをほぼ０とするｎ個の補正係数ｋ１〜ｋｎが事前に設定された該（数１）に、前記画素データ生成手段で求められた各画素位置におけるｎ色の画素データを順次代入して評価値Ｆをそれぞれ求め、求められた評価値Ｆの絶対値が予め設定された基準の範囲内であれば、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別し、範囲内でなければ、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別する評価手段と、
前記画素データ生成手段で生成された輝度データを出力するとともに、前記評価手段でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別された画素位置については前記画素データ生成手段で生成された色差データを出力し、前記評価手段でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別された画素位置については前記画素データ生成手段で生成された色差データの彩度を減少させて出力する手段とを備え、
前記カラーフィルタは、前記ｎ色分のカラーフィルタ片がマトリクス状に配置されており、且つ同色のカラーフィルタ片が各々離間した位置に配置されていることを特徴とする。
（数１）
Ｆ＝ｋ１・ｄ１＋ｋ２・ｄ２＋・・・＋ｋｎ・ｄｎ
Ｆ：評価値
ｎ：画像を構成する色成分の数
ｋ１〜ｋｎ：補正係数
ｄ１〜ｄｎ：同一画素位置での各色の画素データ
【０００６】
なお、前記画素データ生成手段は、前記各画素位置でのｎ色分の画素データを、前記入力手段により入力された画像データに補間法を用いて求めてもよい。
また、前記カラーフィルタは、白、緑、水色、黄色の４色であってもよい。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るカラー画像補正方法は、マトリクス状に形成された撮像素子の各画素に対応させてｎ色のうちの何れか１色のカラーフィルタ片が配置されたカラーフィルタを介して前記撮像素子により撮像されることで、ｎ色分の画素データがマトリクス状に配置されて形成された画像データを入力する入力処理と、
前記入力処理により入力された画像データから暗電流とスミア成分を除去し、これらが除去された画像データに基づき、色成分毎に補間データを生成し各画素位置に対してｎ色分の画素データをそれぞれ求める第１の生成処理と、
前記第１の生成処理で求めた画素位置毎のｎ色分の画素データに基づき、各画素位置の輝度を示す輝度データと各画素位置の彩度を示す色差データとを生成する第２の生成処理と、
周波数の異なる光を順次前記カラーフィルタを介して前記撮像素子に与えた場合に該各光毎に下記（数２）の評価値Ｆをほぼ０とするｎ個の補正係数ｋ１〜ｋｎが事前に設定された該（数２）に、前記第１の生成処理で求められた各画素位置におけるｎ色の画素データを順次代入して評価値Ｆをそれぞれ求め、求められた評価値Ｆの絶対値が予め設定された基準の範囲内であれば、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別し、範囲内でなければ、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別する評価処理と、
前記第２の生成処理で生成された輝度データを出力するとともに、前記評価処理でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別された画素位置については前記第２の生成処理で生成された色差データを出力し、前記評価処理でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別された画素位置については前記第２の生成処理で生成された色差データの彩度を減少させて出力する処理とを含み、前記カラーフィルタは、前記ｎ色分のカラーフィルタ片がマトリクス状に配置されており、且つ同色のカラーフィルタ片が各々離間した位置に配置されていることを特徴とする。
（数２）
Ｆ＝ｋ１・ｄ１＋ｋ２・ｄ２＋・・・＋ｋｎ・ｄｎ
Ｆ：評価値
ｎ：画像を構成する色成分の数
ｋ１〜ｋｎ：補正係数
ｄ１〜ｄｎ：同一画素位置での各色の画素データ
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかるカラー撮像装置及びカラー画像補正方法を説明する。
図１は、この発明の実施の形態にかかるカラー撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
この撮像装置は、撮像レンズ１と、カラーフィルタ２と、撮像素子３と、Ａ／Ｄ部４と、第１のメモリ５と、キー６と、ＣＰＵ７と、ＤＳＰ８と、表示部９と、第２のメモリ１０とより構成される。
【００２０】
撮像レンズ１は、ガラス、プラスチック等の透明な材質から構成され、被写体の像を撮像素子３の受光面上に結像する。
【００２１】
カラーフィルタ２は、撮像素子３の前方（受光面上）に配置され、セルロース、ゼラチン等からなるカラーフィルタ片から構成される。カラーフィルタ片は白（Ｗｈ）、緑（Ｇ）、水色（Ｃｙ）及び黄色（Ｙｅ）のうちいずれか１色の光を中心とした通過帯域特性を有し、図２に示すようにマトリクス状に配列されている。隣接するカラーフィルタ片の間は、ブラックマスクにより遮光されている。
【００２２】
撮像素子３は、ＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）等からなり、方形の開口部を持つ受光素子（光電変換素子）が、マトリクス状に配列された構成を有し、図２に示すように、撮像素子３の前方（受光面上）を覆ったカラーフィルタ２の白（Ｗｈ）、緑（Ｇ）、水色（Ｃｙ）、黄色（Ｙｅ）のうち１色のカラーフィルタ片が各受光素子を覆う様に配置される。撮像素子３は、ＣＰＵ７からの指示に応答して、開口部からその前方を覆うカラーフィルタ片の色を中心とした帯域の光を受光し、光電変換を行った後、入射光量に対応する画像信号をＡ／Ｄ部４に供給する。
【００２３】
Ａ／Ｄ（アナログデジタル）部４は、Ａ／Ｄコンバータ等から構成され、撮像素子３から供給された画像信号をデジタル変換して、第１のメモリ５に画像データとして供給する。
【００２４】
第１のメモリ５は、ＲＡＭ等から構成され、Ａ／Ｄ部４から供給される画像データを記憶する。
【００２５】
キー６（シャッタボタン）は、押ボタン等から構成され、押操作により、一連の撮像動作の開始を指示するトリガ信号を発生させ、ＣＰＵ７に供給する。
【００２６】
ＣＰＵ（中央処理装置）７は、（１）キー６の押操作に応答して、撮像素子３を制御して撮像し、（２）Ａ／Ｄ部４を制御して、撮像素子３から出力された画像信号を画像データに変換し、（３）ＤＳＰ８を制御して、画像データを画像処理し、（４）表示部９を制御して、画像処理後のＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）データを表示する。
【００２７】
ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）８は、（１）画像データからスミア成分及び暗電流値を除去し、（２）各画素位置でのカラーフィルタ２の各色に対応する画像データを生成する補間処理を行い、（３）画像データから輝度データ（Ｙ）を生成し、（４）画像データをＲＧＢデータに変換し、（５）ＲＧＢデータをホワイトバランス調整し、（６）ホワイトバランス調整後のＲＧＢデータを色差データ（ＵＶ）に変換し、（７）色差データ（ＵＶ）からノイズ成分を除去し、（８）輝度データ（Ｙ）及び色差データ（ＵＶ）をγ補正し、（９）γ補正後の輝度データ（Ｙ）と色差データ（ＵＶ）とをＲＧＢデータに変換して第２のメモリ１０に供給する。
【００２８】
表示部９は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等から構成され、第２のメモリ１０に記憶された画像処理後のＲＧＢデータを表示する。
【００２９】
第２のメモリ１０は、ＲＡＭ等から構成され、ＤＳＰ８から供給される画像処理後のＲＧＢ画像データを記憶する。
【００３０】
以下、この実施の形態にかかるカラー撮像装置の撮像動作及び画像処理動作を図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
キー６が押下されると、キー６は、撮像開始を指示するトリガ信号を発生させ、ＣＰＵ７に供給する。
このトリガ信号に応答して、ＣＰＵ７は、図３に示す撮像処理を開始する。
まず、ＣＰＵ７は、撮像素子３を制御して、カラーフィルタ２を通過して入射した被写体からの光を露光する（ステップＳ１）。
【００３２】
次に、ＣＰＵ７は、撮像素子３を制御して、露光した光を光電変換により画像信号に変換し、Ａ／Ｄ部４に供給する（ステップＳ２）。
【００３３】
次に、ＣＰＵ７は、Ａ／Ｄ部４を制御して、撮像素子３から供給された画像信号をアナログ・デジタル変換により画像データに変換し、第１のメモリ５に供給する（ステップＳ３）。
【００３４】
次に、ＣＰＵ７は、Ａ／Ｄ部４が、全ての画像データを第１のメモリ５に供給した後、ＤＳＰ８に画像処理の開始を指示するコマンドを送信する（ステップＳ４）。
【００３５】
ＣＰＵ７から画像処理の開始を指示するコマンドを受信すると、ＤＳＰ８は、図４に示す画像処理を開始する。
まず、ＤＳＰ８は、第１のメモリ５に記憶されている画像データから、スミア成分及び暗電流値を除去する（ステップＳ１１）。即ち、撮像素子３を用いた撮像により取得した画像データは、スミア成分や暗電流値を含むため、例えば、数式３で示すようにこれらの成分を除去する。
【００３６】
【数３】
Ｄ’Wh＝ＤWh−ＤD−ＤS
Ｄ’G＝ＤG−ＤD−ＤS
Ｄ’Cy＝ＤCy−ＤD−ＤS
Ｄ’Ye＝ＤYe−ＤD−ＤS
ＤWh〜ＤYe：除去前の白、緑、水色、黄色の画像データ
Ｄ’Wh〜Ｄ’Ye：除去後の白、緑、水色、黄色の画像データ
ＤD：暗電流による成分
ＤS：スミア成分
【００３７】
次に、ＤＳＰ８は、各画素位置でのカラーフィルタ２の各色の画像データを生成する補間処理を行う（ステップＳ１２）。
第１のメモリ５に記憶されている画像データは、カラーフィルタ２を通過した光を撮像素子３を用いて撮像した後、Ａ／Ｄ部４を介して画像データに変換したものであるため、図５に示すようにカラーフィルタ２の各カラーフィルタ片に対応した１色分（Ｗｈ〜Ｙｅ）の画像データとなる。ＤＳＰ８は、これらの画像データを高解像度の画像データとするため、図６に示すように、各画素位置で４色分の画像データとなる画像データ（Ｗｈ’〜Ｙｅ’）を補間処理により求める。
【００３８】
補間処理は、例えば、数式４及び数式５を用いて行い、各画素位置で４色分の画像データを生成する。なお、この補間処理は、（空間的）ローパスフィルタも兼ねており、求められた各画素位置での４色分の画像データ（Ｗｈ’〜Ｙｅ’）の画質を高める効果もある。
【００３９】
【数４】
Ｗｈ’i,j＝（Ｗｈi-2,j-2＋Ｗｈi-2,j＋Ｗｈi-2,j+2＋Ｗｈi,j-2＋Ｗｈi,j＋Ｗｈi,j+2＋Ｗｈi+2,j-2＋Ｗｈi+2,j＋Ｗｈi+2,j+2）／９
（Ｗｈi,jが存在する場合）
Ｇ’i,j＝（Ｇi-2,j-2＋Ｇi-2,j＋Ｇi-2,j+2＋Ｇi,j-2＋Ｇi,j＋Ｇi,j+2＋Ｇi+2,j-2＋Ｇi+2,j＋Ｇi+2,j+2）／９
（Ｇi,jが存在する場合）
Ｃｙ’i,j＝（Ｃｙi-2,j-2＋Ｃｙi-2,j＋Ｃｙi-2,j+2＋Ｃｙi,j-2＋Ｃｙi,j＋Ｃｙi,j+2＋Ｃｙi+2,j-2＋Ｃｙi+2,j＋Ｃｙi+2,j+2）／９
（Ｃｙi,jが存在する場合）
Ｙｅ’i,j＝（Ｙｅi-2,j-2＋Ｙｅi-2,j＋Ｙｅi-2,j+2＋Ｙｅi,j-2＋Ｙｅi,j＋Ｙｅi,j+2＋Ｙｅi+2,j-2＋Ｙｅi+2,j＋Ｙｅi+2,j+2）／９
（Ｙｅi,jが存在する場合）
Ｗｈi,j〜Ｙｅi,j：白、緑、水色、黄色の補間前画像データ
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の補間後画像データ
【００４０】
【数５】
Ｗｈ’i,j＝（Ｗｈi-1,j-1＋Ｗｈi-1,j+1＋Ｗｈi+1,j-1＋Ｗｈi+1,j+1）／４
（Ｗｈi,jが存在しない場合）
Ｇ’i,j＝（Ｇi-1,j-1＋Ｇi-1,j+1＋Ｇi+1,j-1＋Ｇi+1,j+1）／４
（Ｇi,jが存在しない場合）
Ｃｙ’i,j＝（Ｃｙi-1,j-1＋Ｃｙi-1,j+1＋Ｃｙi+1,j-1＋Ｃｙi+1,j+1）／４
（Ｃｙi,jが存在しない場合）
Ｙｅ’i,j＝（Ｙｅi-1,j-1＋Ｙｅi-1,j+1＋Ｙｅi+1,j-1＋Ｙｅi+1,j+1）／４
（Ｙｅi,jが存在しない場合）
Ｗｈi,j〜Ｙｅi,j：白、緑、水色、黄色の補間前画像データ
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の補間後画像データ
【００４１】
ここで補間処理を具体的に説明すると、例えば、図６に示す画像データＷｈ’2,2を補間処理により生成する場合、ＤＳＰ８は、図５に示すように、既に画像データＷｈ2,2が存在するため、Ｗｈ2,2とその隣接する画像データＷｈ4,0、Ｗｈ2,0、Ｗｈ0,0、Ｗｈ4,2、Ｗｈ0,2、Ｗｈ4,4、Ｗｈ2,4、Ｗｈ0,4とを数式４にあてはめ、Ｗｈ’2,2を生成する。また、図６に示す画像データＷｈ’1,1を補間処理により生成する場合、ＤＳＰ８は、図５に示すように画像データＷｈ1,1が存在しないため、Ｙｅ1,1に隣接する画像データＷｈ2,0、Ｗｈ0,0、Ｗｈ2,2、Ｗｈ0,2を数式５にあてはめ、Ｗｈ’1,1を生成する。同様に、ＤＳＰ８は、全ての画素位置の画像データを補間処理により生成する。
ＤＳＰ８は、図５に示すような、補間処理により生成された全ての画素位置画像データを第２のメモリ１０に記憶する。
【００４２】
以降、ＤＳＰ８は、第２のメモリ１０に記憶された補間処理後の画像データから同じ画素位置（ｉ，ｊ）の４つの画像データ（Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j）を順次読み出し、この４つの画像データ毎に画像処理を行う。
図４に戻って、まず、ＤＳＰ８は、第２のメモリ１０に記憶された画像データから、画素位置（０，０）の４つの画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を読み出し、図示せぬ内部メモリに記憶する（ステップＳ１３）。
【００４３】
次に、ＤＳＰ８は、図示せぬ内部メモリに記憶された４つの画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を数式６にあてはめて、輝度データ（Ｙ0,0）を生成する（ステップＳ１４）。
【００４４】
【数６】
Ｙi,j＝ｋ１・Ｗｈ’i,j＋ｋ２・Ｇ’i,j＋ｋ３・Ｃｙ’i,j＋ｋ４・Ｙｅ’i,j
Ｙi,j：輝度データ
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の画像データ
ｋ１〜ｋ４：変換係数
【００４５】
次に、ＤＳＰ８は、図示せぬ内部メモリに記憶された４つの画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を数式７にあてはめて、ＲＧＢデータ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）を生成する（ステップＳ１５）。
【００４６】
【数７】
Ｒi,j〜Ｂi,j：ＲＧＢデータ
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の画像データ
ｋ１１〜ｋ３４：変換係数
【００４７】
次に、ＤＳＰ８は、生成したＲＧＢ画像データ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）を数式８にあてはめて、ホワイトバランスの調整を行う（ステップＳ１６）。
【００４８】
【数８】
Ｒi,j〜Ｂi,j：調整前ＲＧＢデータ
Ｒ’i,j〜Ｂ’i,j：調整後ＲＧＢデータ
ｗ１１〜ｗ３４：ホワイトバランス調整係数
【００４９】
次に、ＤＳＰ８は、ホワイトバランス調整後のＲＧＢ画像データ（Ｒ’0,0〜Ｂ’0,0）を数式９にあてはめて、色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）に変換する（ステップＳ１７）。
【００５０】
【数９】
Ｒ’i,j〜Ｂ’i,j：ＲＧＢデータ
Ｕi,j、Ｖi,j：色差データ
ｈ１１〜ｈ２３：変換係数
【００５１】
次に、ＤＳＰ８は、現在の画素位置単位の画像処理の対象である図示せぬ内部メモリにステップＳ１３にて記憶された画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を使用して、この画像データがノイズ成分（偽色）を含んでいるか否かを判断する偽色評価を行う（ステップＳ１８）。
【００５２】
ここで、偽色評価について説明する。一般に、撮像により取得した画像を構成する各画素の各色の画像データ（又は隣接する複数の画素の各色の画像データ）ｄ１〜ｄｎは、補正係数ｋ１〜ｋｎを適当に選択することにより、数式１０を満たす。この関係は、入射光の周波数帯域分光強度分布によらず成立する。
【００５３】
【数１０】
ｋ１・ｄ１＋ｋ２・ｄ２＋…＋ｋｎ・ｄｎ ０
ｎ：画像を構成する色成分の数
ｋ１〜ｋｎ：補正係数
ｄ１〜ｄｎ：同一画素位置での各色の画像データ
【００５４】
例えば、この実施の形態でのカラーフィルタ２と撮像素子３との組み合わせの場合、数式１０は、数式１１で表される。
【００５５】
【数１１】
ａ・Ｗｈ＋ｂ・Ｇ＋ｃ・Ｃｙ＋ｄ・Ｙｅ ０
Ｗｈ〜Ｙｅ：白、緑、水色、黄色の画像データ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：補正係数
【００５６】
この数式１１に示す補正係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、カラーフィルタ２と、撮像素子３との組合せにより変化するため実験的に選択する。補正係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを実験的に選択するため、例えば図７に示すような周波数帯域の異なる複数色の光を、カラーフィルタ２を通して撮像素子３に照射し、任意の隣接する画像データＷｈ〜Ｙｅを測定する。測定した画像データＷｈ〜Ｙｅから、補正係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを例えば、ａ＝１，ｂ＝０．９３５，ｃ＝−１．０４４，ｄ＝−０．９１５と選択したときに、図７に示すようにほぼ数式１１が成立する。
【００５７】
このような原理を応用して、補正係数を予め実験的に選択した数式１１に、各画素位置の画像データ（Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j）をあてはめ、数式１１の関係を満たさない画像データの組が得られた場合には、その画素位置の画像データが、ノイズ成分を含んでいる（偽色部）と考えることができる。
【００５８】
具体的に、ＤＳＰ８は、図示せぬ内部メモリに記憶された画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を数式１２にあてはめて、偽色評価を行う。
【００５９】
【数１２】
Ｆi,j＝ａ・Ｗｈ’i,j＋ｂ・Ｇ’i,j＋ｃ・Ｃｙ’i,j＋ｄ・Ｙｅ’i,j
Ｆi,j：偽色評価値
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の画像データ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：補正係数
【００６０】
即ち、ＤＳＰ８は、画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を数式１２にあてはめることにより得られた偽色評価値（Ｆ0,0）の絶対値が、予め決められた基準値の範囲内にない場合、ノイズ成分を含んでいる（偽色部）と判別する（ステップＳ１９）。
【００６１】
ＤＳＰ８は、ステップＳ１９において、現在の画素位置単位の画像処理の対象である画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）がノイズ成分を含んでいる（偽色部）と判別した場合、画像処理中の色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）の彩度を減少させる彩度変換処理を行う（ステップＳ２０）。一方、ＤＳＰ８は、画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）がノイズ成分を含んでいないと判別した場合に、彩度変換処理を行わない。
【００６２】
この彩度変換処理は、例えば、色差データ（ＵＶ）を図８に示すような色度図中の座標位置にあてはめ、その座標位置から原点に向かう方向に予め設定された値分だけ移動した座標位置に変換することで、彩度を減少させることができる。例えば、色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）が図８に示す色度図中での点Ｐ１の座標の値であった場合に、原点に向かう方向に予め設定された値分だけ移動する座標の値である点Ｐ２に変換する。
【００６３】
このような彩度変換処理を行うため、ＤＳＰ８は、色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）を数式１３にあてはめて、彩度を減少させた色差データ（Ｕ’0,0、Ｖ’0,0）に変換する。
【００６４】
【数１３】
Ｕ’i,j、Ｖ’i,j：彩度変換処理前の色差データ
Ｕi,j、Ｖi,j：彩度変換処理後の色差データ
ｓ１１〜ｓ２２：彩度変換係数
【００６５】
次に、ＤＳＰ８は、ステップＳ１４にて生成した輝度データ（Ｙ0,0）及び彩度を低下させた色差データ（Ｕ’0,0、Ｖ’0,0）若しくはそのままの色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）にγ補正を行う（ステップＳ２１）。
一般に、撮像素子３の受光素子は、図９（ａ）で示すようなγ特性を有するため、撮像素子３が出力する画像データの値は、受光素子の画素に入射した光量に比例しない。そのため、数式１４に示すように、撮像素子３の有するγ特性を関数として予め求めておき、その逆関数γ-1（ｘ）に画像データを代入して、γ特性をキャンセルするγ補正を行う。γ補正により、図９（ｂ）に示すように、画像データの値は、受光素子の画素に入射した光量に比例する。
【００６６】
【数１４】
Ｄ’Yi,j＝γYi,j -1（ＤYi,j）
Ｄ’Ui,j＝γUi,j -1（ＤUi,j）
Ｄ’Vi,j＝γVi,j -1（ＤVi,j）
ＤYi,j〜ＤUi,j：γ補正前の輝度データ、色差データ
Ｄ’Yi,j〜Ｄ’Ui,j：γ補正前の輝度データ、色差データ
γ-1：受光素子の示すγ特性関数の逆関数
【００６７】
次にＤＳＰ８は、γ補正後の輝度データ（Ｙ0,0）及び色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）をＲＧＢデータ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）に変換する（ステップＳ２２）。
輝度データ（Ｙ0,0）及び色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）をＲＧＢデータ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）に変換するため、例えば数式１５を使用して変換する。
【００６８】
【数１５】
Ｒi,j、Ｇi,j、Ｂi,j：赤、緑、青の画素データ
彩度変換処理後の色差データ
Ｙi,j：輝度データ
Ｕi,j、Ｖi,j：色差データ
【００６９】
ＤＳＰ８は、生成したＲＧＢデータ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）を第２のメモリ１０に供給する（ステップＳ２３）。
【００７０】
次に、ＤＳＰ８は、画像処理の対象となる画素位置の値を画素位置（０，０）から画素位置（０，１）に更新する（ステップＳ２４）。
【００７１】
ＤＳＰ８は、ステップＳ２４の画素位置の更新から、全ての画素位置の画像データを処理したか否かを判別する（ステップＳ２５）。
ＤＳＰ８は、全ての画素位置のデータを処理していないと判別した場合に、ステップＳ１３に戻って、ステップＳ２４にて更新した画素位置（０，１）の画像データ（Ｗｈ’0,1〜Ｙｅ’0,1）に対して同一の画像処理を行う。即ち、ＤＳＰ８は、全ての画素位置の画像データ（Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j）に対して画像処理を行ため、ステップＳ１３〜ステップＳ２４の処理を繰り返して実行する。
【００７２】
ＤＳＰ８は、ステップＳ２５にて、全ての画素位置（ｉ，ｊ）の画像データに対する画像処理を完了したと判別した場合に、ＣＰＵ７に一連の画像処理の終了を通知するコマンドを送信する（ステップＳ２６）。このとき、第２のメモリ１０には、全ての画素位置の画像処理後のＲＧＢデータ（Ｒi,j〜Ｂi,j）が記憶されている。
【００７３】
ＣＰＵ７は、ＤＳＰ８から、画像処理の終了のコマンドを受信した後、表示部９を制御して、第２のメモリ１０に記憶された画像処理後のＲＧＢデータ（Ｒi,j〜Ｂi,j）を表示部９に表示する。
【００７４】
以上説明したように、この実施の形態にかかるカラー撮像装置は、各画素位置毎に偽色評価を行い、偽色部と判別した場合に、ノイズ成分（偽色）を適切に除去するため、高画質の画像を得ることができる。
【００７５】
上記の実施の形態では、数式４、数式５を用いた補間処理を行っているが、その際の数式４、数式５で用いる周辺の画素数は、任意である。例えば、周辺の画素数を増加させて、高精度の画像データを生成してもよい。また別途係数を加えてもよい。
【００７６】
また、上記の実施の形態では、カラーフィルタの色（画像を構成する色成分）をＷｈ（白）、Ｇ（緑）、Ｃｙ（水色）、Ｙｅ（黄色）としているが、この組み合わせに限定されず、任意に変更可能である。例えば、カラーフィルタとして、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マジェンダ）、Ｃ（シアン），やＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の組み合わせを使用してもよい。
【００７７】
さらに、回転式のカラーフィルタ等を用いて、Ｙ（イエロー）のカラーフィルタを撮像素子３の前面に配置して、Ｙ（イエロー）の画像データを得て、Ｍ（マジェンダ）のカラーフィルタを配置してＭ（マジェンダ）の画像データを得て、さらに、Ｃ（シアン）のカラーフィルタを配置して、Ｃ（シアン）の画像データを取得するなど、画像データを取得するための手法も任意である。
【００７８】
また、画像データを取得するための撮像装置と得られた画像データを補正するための制御回路（補正回路）が一体に構成されている必要はなく、他の場所で撮像されて媒体に格納された画像データを、撮像装置とは別体の補正回路で補正してノイズを除去してもよい。
【００７９】
また、上記の実施の形態では、同じ位置の４色のカラーフィルタに対する画像データを元の画像データと同じ数だけ算出したが、これより少なく、例えば、縦横、共に半分ずつで１／４（つまり、１色のカラーフィルタに対する元の画素データの数と同じ）だけ、デジタルローパスフィルタ等の計算手法を用いて算出してもよい。
本発明は、主に色（差）データに影響することとなる。色（差）データに対する人間の目の解像度は、輝度データ（モノクロームデータ）に対する解像度よりも落ちるため、実質的な影響をあまり与えない。
【００８０】
なお、この発明のカラー撮像装置は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、コンピュータに上述の動作を実行するためのプログラムを格納した媒体（フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等）から該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行するカラー撮像装置を構成することができる。
【００８１】
また、コンピュータにプログラムを供給するための媒体は、通信媒体（通信回線、通信ネットワーク、通信システムのように、一時的に且つ流動的にプログラムを保持する媒体）でも良い。例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ）に該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して配信してもよい。
そして、このプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるカラー撮像装置は、各画素位置毎に、ノイズ成分（偽色）を適切に除去し、高画質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかるカラー撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子３の受光素子とカラーフィルタ２を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかる撮像処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態にかかる画像処理を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態にかかるカラーフィルタ２を通過した光を撮像素子３が撮像し、出力した画像データを示す図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかる補間処理により生成された画像データを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態にかかるカラーフィルタ２を介して撮像素子３に複数色の光を照射したときに得られた画像データの値を示す図である。
【図８】明度５（Ｖ＝５）ＣＩＥ ＬＵＶの色度図を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態にかかる撮像素子３の受光光量と出力画像データとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・撮像レンズ、２・・・カラーフィルタ、３・・・撮像素子、４・・・Ａ／Ｄ部、５・・・第１のメモリ、６・・・キー、７・・・ＣＰＵ、８・・・ＤＳＰ、９・・・表示部、１０・・・第２のメモリ
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像素子を用いた撮像等により取得した画像データから、ノイズ成分を除去し、高画質の画像データを生成することができるカラー撮像装置及びカラー画像補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカラー撮像装置は、撮像により取得した画像データからノイズ成分を除去し、画質の向上を図っている。一般的な、ノイズ除去の方法として、例えば、偽色というノイズが発生しやすい画像の空間高周波数部やエッジ部を抜き出し、そこの色の濃さ（彩度）を減少させる方法が採られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、画像の空間高周波数部やエッジ部に現れる偽色部は、除去されるが、その他の部分に発生した偽色部が、除去されずに残ってしまうという欠点があった。また、画像の空間高周波数部やエッジ部を抜き出すための計算も煩雑なものであった。
さらに、画像の空間高周波数部やエッジ部から抜き出した部分が偽色部でない場合であっても、偽色部とみなして色の濃さ（彩度）を減少させてしまう誤作動を防止するため、不感帯を設ける必要があり、完全にノイズ成分が除去できない場合もあった。
【０００４】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ノイズ成分を適切に除去し、高画質の画像を得ることができるカラー撮像装置及びカラー画像補正方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかるカラー撮像装置は、マトリクス状に形成された撮像素子の各画素に対応させてｎ色のうちの何れか１色のカラーフィルタ片が配置されたカラーフィルタを介して前記撮像素子により撮像されることで、ｎ色分の画素データがマトリクス状に配置されて形成された画像データを入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された画像データから暗電流とスミア成分を除去し、これらが除去された画像データに基づき、色成分毎に補間データを生成し各画素位置に対してｎ色分の画素データをそれぞれ求めると共に、各画素位置の輝度を示す輝度データと各画素位置の彩度を示す色差データとを生成する画素データ生成手段と、
周波数の異なる光を順次前記カラーフィルタを介して前記撮像素子に与えた場合に該各光毎に下記（数１）の評価値Ｆをほぼ０とするｎ個の補正係数ｋ１〜ｋｎが事前に設定された該（数１）に、前記画素データ生成手段で求められた各画素位置におけるｎ色の画素データを順次代入して評価値Ｆをそれぞれ求め、求められた評価値Ｆの絶対値が予め設定された基準の範囲内であれば、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別し、範囲内でなければ、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別する評価手段と、
前記画素データ生成手段で生成された輝度データを出力するとともに、前記評価手段でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別された画素位置については前記画素データ生成手段で生成された色差データを出力し、前記評価手段でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別された画素位置については前記画素データ生成手段で生成された色差データの彩度を減少させて出力する手段とを備え、
前記カラーフィルタは、前記ｎ色分のカラーフィルタ片がマトリクス状に配置されており、且つ同色のカラーフィルタ片が各々離間した位置に配置されていることを特徴とする。
（数１）
Ｆ＝ｋ１・ｄ１＋ｋ２・ｄ２＋・・・＋ｋｎ・ｄｎ
Ｆ：評価値
ｎ：画像を構成する色成分の数
ｋ１〜ｋｎ：補正係数
ｄ１〜ｄｎ：同一画素位置での各色の画素データ
【０００６】
なお、前記画素データ生成手段は、前記各画素位置でのｎ色分の画素データを、前記入力手段により入力された画像データに補間法を用いて求めてもよい。
また、前記カラーフィルタは、白、緑、水色、黄色の４色であってもよい。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るカラー画像補正方法は、マトリクス状に形成された撮像素子の各画素に対応させてｎ色のうちの何れか１色のカラーフィルタ片が配置されたカラーフィルタを介して前記撮像素子により撮像されることで、ｎ色分の画素データがマトリクス状に配置されて形成された画像データを入力する入力処理と、
前記入力処理により入力された画像データから暗電流とスミア成分を除去し、これらが除去された画像データに基づき、色成分毎に補間データを生成し各画素位置に対してｎ色分の画素データをそれぞれ求める第１の生成処理と、
前記第１の生成処理で求めた画素位置毎のｎ色分の画素データに基づき、各画素位置の輝度を示す輝度データと各画素位置の彩度を示す色差データとを生成する第２の生成処理と、
周波数の異なる光を順次前記カラーフィルタを介して前記撮像素子に与えた場合に該各光毎に下記（数２）の評価値Ｆをほぼ０とするｎ個の補正係数ｋ１〜ｋｎが事前に設定された該（数２）に、前記第１の生成処理で求められた各画素位置におけるｎ色の画素データを順次代入して評価値Ｆをそれぞれ求め、求められた評価値Ｆの絶対値が予め設定された基準の範囲内であれば、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別し、範囲内でなければ、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別する評価処理と、
前記第２の生成処理で生成された輝度データを出力するとともに、前記評価処理でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別された画素位置については前記第２の生成処理で生成された色差データを出力し、前記評価処理でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別された画素位置については前記第２の生成処理で生成された色差データの彩度を減少させて出力する処理とを含み、前記カラーフィルタは、前記ｎ色分のカラーフィルタ片がマトリクス状に配置されており、且つ同色のカラーフィルタ片が各々離間した位置に配置されていることを特徴とする。
（数２）
Ｆ＝ｋ１・ｄ１＋ｋ２・ｄ２＋・・・＋ｋｎ・ｄｎ
Ｆ：評価値
ｎ：画像を構成する色成分の数
ｋ１〜ｋｎ：補正係数
ｄ１〜ｄｎ：同一画素位置での各色の画素データ
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかるカラー撮像装置及びカラー画像補正方法を説明する。
図１は、この発明の実施の形態にかかるカラー撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
この撮像装置は、撮像レンズ１と、カラーフィルタ２と、撮像素子３と、Ａ／Ｄ部４と、第１のメモリ５と、キー６と、ＣＰＵ７と、ＤＳＰ８と、表示部９と、第２のメモリ１０とより構成される。
【００２０】
撮像レンズ１は、ガラス、プラスチック等の透明な材質から構成され、被写体の像を撮像素子３の受光面上に結像する。
【００２１】
カラーフィルタ２は、撮像素子３の前方（受光面上）に配置され、セルロース、ゼラチン等からなるカラーフィルタ片から構成される。カラーフィルタ片は白（Ｗｈ）、緑（Ｇ）、水色（Ｃｙ）及び黄色（Ｙｅ）のうちいずれか１色の光を中心とした通過帯域特性を有し、図２に示すようにマトリクス状に配列されている。隣接するカラーフィルタ片の間は、ブラックマスクにより遮光されている。
【００２２】
撮像素子３は、ＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）等からなり、方形の開口部を持つ受光素子（光電変換素子）が、マトリクス状に配列された構成を有し、図２に示すように、撮像素子３の前方（受光面上）を覆ったカラーフィルタ２の白（Ｗｈ）、緑（Ｇ）、水色（Ｃｙ）、黄色（Ｙｅ）のうち１色のカラーフィルタ片が各受光素子を覆う様に配置される。撮像素子３は、ＣＰＵ７からの指示に応答して、開口部からその前方を覆うカラーフィルタ片の色を中心とした帯域の光を受光し、光電変換を行った後、入射光量に対応する画像信号をＡ／Ｄ部４に供給する。
【００２３】
Ａ／Ｄ（アナログデジタル）部４は、Ａ／Ｄコンバータ等から構成され、撮像素子３から供給された画像信号をデジタル変換して、第１のメモリ５に画像データとして供給する。
【００２４】
第１のメモリ５は、ＲＡＭ等から構成され、Ａ／Ｄ部４から供給される画像データを記憶する。
【００２５】
キー６（シャッタボタン）は、押ボタン等から構成され、押操作により、一連の撮像動作の開始を指示するトリガ信号を発生させ、ＣＰＵ７に供給する。
【００２６】
ＣＰＵ（中央処理装置）７は、（１）キー６の押操作に応答して、撮像素子３を制御して撮像し、（２）Ａ／Ｄ部４を制御して、撮像素子３から出力された画像信号を画像データに変換し、（３）ＤＳＰ８を制御して、画像データを画像処理し、（４）表示部９を制御して、画像処理後のＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）データを表示する。
【００２７】
ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）８は、（１）画像データからスミア成分及び暗電流値を除去し、（２）各画素位置でのカラーフィルタ２の各色に対応する画像データを生成する補間処理を行い、（３）画像データから輝度データ（Ｙ）を生成し、（４）画像データをＲＧＢデータに変換し、（５）ＲＧＢデータをホワイトバランス調整し、（６）ホワイトバランス調整後のＲＧＢデータを色差データ（ＵＶ）に変換し、（７）色差データ（ＵＶ）からノイズ成分を除去し、（８）輝度データ（Ｙ）及び色差データ（ＵＶ）をγ補正し、（９）γ補正後の輝度データ（Ｙ）と色差データ（ＵＶ）とをＲＧＢデータに変換して第２のメモリ１０に供給する。
【００２８】
表示部９は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等から構成され、第２のメモリ１０に記憶された画像処理後のＲＧＢデータを表示する。
【００２９】
第２のメモリ１０は、ＲＡＭ等から構成され、ＤＳＰ８から供給される画像処理後のＲＧＢ画像データを記憶する。
【００３０】
以下、この実施の形態にかかるカラー撮像装置の撮像動作及び画像処理動作を図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
キー６が押下されると、キー６は、撮像開始を指示するトリガ信号を発生させ、ＣＰＵ７に供給する。
このトリガ信号に応答して、ＣＰＵ７は、図３に示す撮像処理を開始する。
まず、ＣＰＵ７は、撮像素子３を制御して、カラーフィルタ２を通過して入射した被写体からの光を露光する（ステップＳ１）。
【００３２】
次に、ＣＰＵ７は、撮像素子３を制御して、露光した光を光電変換により画像信号に変換し、Ａ／Ｄ部４に供給する（ステップＳ２）。
【００３３】
次に、ＣＰＵ７は、Ａ／Ｄ部４を制御して、撮像素子３から供給された画像信号をアナログ・デジタル変換により画像データに変換し、第１のメモリ５に供給する（ステップＳ３）。
【００３４】
次に、ＣＰＵ７は、Ａ／Ｄ部４が、全ての画像データを第１のメモリ５に供給した後、ＤＳＰ８に画像処理の開始を指示するコマンドを送信する（ステップＳ４）。
【００３５】
ＣＰＵ７から画像処理の開始を指示するコマンドを受信すると、ＤＳＰ８は、図４に示す画像処理を開始する。
まず、ＤＳＰ８は、第１のメモリ５に記憶されている画像データから、スミア成分及び暗電流値を除去する（ステップＳ１１）。即ち、撮像素子３を用いた撮像により取得した画像データは、スミア成分や暗電流値を含むため、例えば、数式３で示すようにこれらの成分を除去する。
【００３６】
【数３】
Ｄ’Wh＝ＤWh−ＤD−ＤS
Ｄ’G＝ＤG−ＤD−ＤS
Ｄ’Cy＝ＤCy−ＤD−ＤS
Ｄ’Ye＝ＤYe−ＤD−ＤS
ＤWh〜ＤYe：除去前の白、緑、水色、黄色の画像データ
Ｄ’Wh〜Ｄ’Ye：除去後の白、緑、水色、黄色の画像データ
ＤD：暗電流による成分
ＤS：スミア成分
【００３７】
次に、ＤＳＰ８は、各画素位置でのカラーフィルタ２の各色の画像データを生成する補間処理を行う（ステップＳ１２）。
第１のメモリ５に記憶されている画像データは、カラーフィルタ２を通過した光を撮像素子３を用いて撮像した後、Ａ／Ｄ部４を介して画像データに変換したものであるため、図５に示すようにカラーフィルタ２の各カラーフィルタ片に対応した１色分（Ｗｈ〜Ｙｅ）の画像データとなる。ＤＳＰ８は、これらの画像データを高解像度の画像データとするため、図６に示すように、各画素位置で４色分の画像データとなる画像データ（Ｗｈ’〜Ｙｅ’）を補間処理により求める。
【００３８】
補間処理は、例えば、数式４及び数式５を用いて行い、各画素位置で４色分の画像データを生成する。なお、この補間処理は、（空間的）ローパスフィルタも兼ねており、求められた各画素位置での４色分の画像データ（Ｗｈ’〜Ｙｅ’）の画質を高める効果もある。
【００３９】
【数４】
Ｗｈ’i,j＝（Ｗｈi-2,j-2＋Ｗｈi-2,j＋Ｗｈi-2,j+2＋Ｗｈi,j-2＋Ｗｈi,j＋Ｗｈi,j+2＋Ｗｈi+2,j-2＋Ｗｈi+2,j＋Ｗｈi+2,j+2）／９
（Ｗｈi,jが存在する場合）
Ｇ’i,j＝（Ｇi-2,j-2＋Ｇi-2,j＋Ｇi-2,j+2＋Ｇi,j-2＋Ｇi,j＋Ｇi,j+2＋Ｇi+2,j-2＋Ｇi+2,j＋Ｇi+2,j+2）／９
（Ｇi,jが存在する場合）
Ｃｙ’i,j＝（Ｃｙi-2,j-2＋Ｃｙi-2,j＋Ｃｙi-2,j+2＋Ｃｙi,j-2＋Ｃｙi,j＋Ｃｙi,j+2＋Ｃｙi+2,j-2＋Ｃｙi+2,j＋Ｃｙi+2,j+2）／９
（Ｃｙi,jが存在する場合）
Ｙｅ’i,j＝（Ｙｅi-2,j-2＋Ｙｅi-2,j＋Ｙｅi-2,j+2＋Ｙｅi,j-2＋Ｙｅi,j＋Ｙｅi,j+2＋Ｙｅi+2,j-2＋Ｙｅi+2,j＋Ｙｅi+2,j+2）／９
（Ｙｅi,jが存在する場合）
Ｗｈi,j〜Ｙｅi,j：白、緑、水色、黄色の補間前画像データ
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の補間後画像データ
【００４０】
【数５】
Ｗｈ’i,j＝（Ｗｈi-1,j-1＋Ｗｈi-1,j+1＋Ｗｈi+1,j-1＋Ｗｈi+1,j+1）／４
（Ｗｈi,jが存在しない場合）
Ｇ’i,j＝（Ｇi-1,j-1＋Ｇi-1,j+1＋Ｇi+1,j-1＋Ｇi+1,j+1）／４
（Ｇi,jが存在しない場合）
Ｃｙ’i,j＝（Ｃｙi-1,j-1＋Ｃｙi-1,j+1＋Ｃｙi+1,j-1＋Ｃｙi+1,j+1）／４
（Ｃｙi,jが存在しない場合）
Ｙｅ’i,j＝（Ｙｅi-1,j-1＋Ｙｅi-1,j+1＋Ｙｅi+1,j-1＋Ｙｅi+1,j+1）／４
（Ｙｅi,jが存在しない場合）
Ｗｈi,j〜Ｙｅi,j：白、緑、水色、黄色の補間前画像データ
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の補間後画像データ
【００４１】
ここで補間処理を具体的に説明すると、例えば、図６に示す画像データＷｈ’2,2を補間処理により生成する場合、ＤＳＰ８は、図５に示すように、既に画像データＷｈ2,2が存在するため、Ｗｈ2,2とその隣接する画像データＷｈ4,0、Ｗｈ2,0、Ｗｈ0,0、Ｗｈ4,2、Ｗｈ0,2、Ｗｈ4,4、Ｗｈ2,4、Ｗｈ0,4とを数式４にあてはめ、Ｗｈ’2,2を生成する。また、図６に示す画像データＷｈ’1,1を補間処理により生成する場合、ＤＳＰ８は、図５に示すように画像データＷｈ1,1が存在しないため、Ｙｅ1,1に隣接する画像データＷｈ2,0、Ｗｈ0,0、Ｗｈ2,2、Ｗｈ0,2を数式５にあてはめ、Ｗｈ’1,1を生成する。同様に、ＤＳＰ８は、全ての画素位置の画像データを補間処理により生成する。
ＤＳＰ８は、図５に示すような、補間処理により生成された全ての画素位置画像データを第２のメモリ１０に記憶する。
【００４２】
以降、ＤＳＰ８は、第２のメモリ１０に記憶された補間処理後の画像データから同じ画素位置（ｉ，ｊ）の４つの画像データ（Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j）を順次読み出し、この４つの画像データ毎に画像処理を行う。
図４に戻って、まず、ＤＳＰ８は、第２のメモリ１０に記憶された画像データから、画素位置（０，０）の４つの画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を読み出し、図示せぬ内部メモリに記憶する（ステップＳ１３）。
【００４３】
次に、ＤＳＰ８は、図示せぬ内部メモリに記憶された４つの画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を数式６にあてはめて、輝度データ（Ｙ0,0）を生成する（ステップＳ１４）。
【００４４】
【数６】
Ｙi,j＝ｋ１・Ｗｈ’i,j＋ｋ２・Ｇ’i,j＋ｋ３・Ｃｙ’i,j＋ｋ４・Ｙｅ’i,j
Ｙi,j：輝度データ
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の画像データ
ｋ１〜ｋ４：変換係数
【００４５】
次に、ＤＳＰ８は、図示せぬ内部メモリに記憶された４つの画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を数式７にあてはめて、ＲＧＢデータ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）を生成する（ステップＳ１５）。
【００４６】
【数７】
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の画像データ
ｋ１１〜ｋ３４：変換係数
【００４７】
次に、ＤＳＰ８は、生成したＲＧＢ画像データ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）を数式８にあてはめて、ホワイトバランスの調整を行う（ステップＳ１６）。
【００４８】
【数８】
Ｒ’i,j〜Ｂ’i,j：調整後ＲＧＢデータ
ｗ１１〜ｗ３４：ホワイトバランス調整係数
【００４９】
次に、ＤＳＰ８は、ホワイトバランス調整後のＲＧＢ画像データ（Ｒ’0,0〜Ｂ’0,0）を数式９にあてはめて、色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）に変換する（ステップＳ１７）。
【００５０】
【数９】
Ｕi,j、Ｖi,j：色差データ
ｈ１１〜ｈ２３：変換係数
【００５１】
次に、ＤＳＰ８は、現在の画素位置単位の画像処理の対象である図示せぬ内部メモリにステップＳ１３にて記憶された画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を使用して、この画像データがノイズ成分（偽色）を含んでいるか否かを判断する偽色評価を行う（ステップＳ１８）。
【００５２】
ここで、偽色評価について説明する。一般に、撮像により取得した画像を構成する各画素の各色の画像データ（又は隣接する複数の画素の各色の画像データ）ｄ１〜ｄｎは、補正係数ｋ１〜ｋｎを適当に選択することにより、数式１０を満たす。この関係は、入射光の周波数帯域分光強度分布によらず成立する。
【００５３】
【数１０】
ｋ１・ｄ１＋ｋ２・ｄ２＋…＋ｋｎ・ｄｎ ０
ｎ：画像を構成する色成分の数
ｋ１〜ｋｎ：補正係数
ｄ１〜ｄｎ：同一画素位置での各色の画像データ
【００５４】
例えば、この実施の形態でのカラーフィルタ２と撮像素子３との組み合わせの場合、数式１０は、数式１１で表される。
【００５５】
【数１１】
ａ・Ｗｈ＋ｂ・Ｇ＋ｃ・Ｃｙ＋ｄ・Ｙｅ ０
Ｗｈ〜Ｙｅ：白、緑、水色、黄色の画像データ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：補正係数
【００５６】
この数式１１に示す補正係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、カラーフィルタ２と、撮像素子３との組合せにより変化するため実験的に選択する。補正係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを実験的に選択するため、例えば図７に示すような周波数帯域の異なる複数色の光を、カラーフィルタ２を通して撮像素子３に照射し、任意の隣接する画像データＷｈ〜Ｙｅを測定する。測定した画像データＷｈ〜Ｙｅから、補正係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを例えば、ａ＝１，ｂ＝０．９３５，ｃ＝−１．０４４，ｄ＝−０．９１５と選択したときに、図７に示すようにほぼ数式１１が成立する。
【００５７】
このような原理を応用して、補正係数を予め実験的に選択した数式１１に、各画素位置の画像データ（Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j）をあてはめ、数式１１の関係を満たさない画像データの組が得られた場合には、その画素位置の画像データが、ノイズ成分を含んでいる（偽色部）と考えることができる。
【００５８】
具体的に、ＤＳＰ８は、図示せぬ内部メモリに記憶された画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を数式１２にあてはめて、偽色評価を行う。
【００５９】
【数１２】
Ｆi,j＝ａ・Ｗｈ’i,j＋ｂ・Ｇ’i,j＋ｃ・Ｃｙ’i,j＋ｄ・Ｙｅ’i,j
Ｆi,j：偽色評価値
Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j：白、緑、水色、黄色の画像データ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：補正係数
【００６０】
即ち、ＤＳＰ８は、画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）を数式１２にあてはめることにより得られた偽色評価値（Ｆ0,0）の絶対値が、予め決められた基準値の範囲内にない場合、ノイズ成分を含んでいる（偽色部）と判別する（ステップＳ１９）。
【００６１】
ＤＳＰ８は、ステップＳ１９において、現在の画素位置単位の画像処理の対象である画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）がノイズ成分を含んでいる（偽色部）と判別した場合、画像処理中の色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）の彩度を減少させる彩度変換処理を行う（ステップＳ２０）。一方、ＤＳＰ８は、画像データ（Ｗｈ’0,0〜Ｙｅ’0,0）がノイズ成分を含んでいないと判別した場合に、彩度変換処理を行わない。
【００６２】
この彩度変換処理は、例えば、色差データ（ＵＶ）を図８に示すような色度図中の座標位置にあてはめ、その座標位置から原点に向かう方向に予め設定された値分だけ移動した座標位置に変換することで、彩度を減少させることができる。例えば、色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）が図８に示す色度図中での点Ｐ１の座標の値であった場合に、原点に向かう方向に予め設定された値分だけ移動する座標の値である点Ｐ２に変換する。
【００６３】
このような彩度変換処理を行うため、ＤＳＰ８は、色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）を数式１３にあてはめて、彩度を減少させた色差データ（Ｕ’0,0、Ｖ’0,0）に変換する。
【００６４】
【数１３】
Ｕi,j、Ｖi,j：彩度変換処理後の色差データ
ｓ１１〜ｓ２２：彩度変換係数
【００６５】
次に、ＤＳＰ８は、ステップＳ１４にて生成した輝度データ（Ｙ0,0）及び彩度を低下させた色差データ（Ｕ’0,0、Ｖ’0,0）若しくはそのままの色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）にγ補正を行う（ステップＳ２１）。
一般に、撮像素子３の受光素子は、図９（ａ）で示すようなγ特性を有するため、撮像素子３が出力する画像データの値は、受光素子の画素に入射した光量に比例しない。そのため、数式１４に示すように、撮像素子３の有するγ特性を関数として予め求めておき、その逆関数γ-1（ｘ）に画像データを代入して、γ特性をキャンセルするγ補正を行う。γ補正により、図９（ｂ）に示すように、画像データの値は、受光素子の画素に入射した光量に比例する。
【００６６】
【数１４】
Ｄ’Yi,j＝γYi,j -1（ＤYi,j）
Ｄ’Ui,j＝γUi,j -1（ＤUi,j）
Ｄ’Vi,j＝γVi,j -1（ＤVi,j）
ＤYi,j〜ＤUi,j：γ補正前の輝度データ、色差データ
Ｄ’Yi,j〜Ｄ’Ui,j：γ補正前の輝度データ、色差データ
γ-1：受光素子の示すγ特性関数の逆関数
【００６７】
次にＤＳＰ８は、γ補正後の輝度データ（Ｙ0,0）及び色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）をＲＧＢデータ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）に変換する（ステップＳ２２）。
輝度データ（Ｙ0,0）及び色差データ（Ｕ0,0、Ｖ0,0）をＲＧＢデータ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）に変換するため、例えば数式１５を使用して変換する。
【００６８】
【数１５】
彩度変換処理後の色差データ
Ｙi,j：輝度データ
Ｕi,j、Ｖi,j：色差データ
【００６９】
ＤＳＰ８は、生成したＲＧＢデータ（Ｒ0,0〜Ｂ0,0）を第２のメモリ１０に供給する（ステップＳ２３）。
【００７０】
次に、ＤＳＰ８は、画像処理の対象となる画素位置の値を画素位置（０，０）から画素位置（０，１）に更新する（ステップＳ２４）。
【００７１】
ＤＳＰ８は、ステップＳ２４の画素位置の更新から、全ての画素位置の画像データを処理したか否かを判別する（ステップＳ２５）。
ＤＳＰ８は、全ての画素位置のデータを処理していないと判別した場合に、ステップＳ１３に戻って、ステップＳ２４にて更新した画素位置（０，１）の画像データ（Ｗｈ’0,1〜Ｙｅ’0,1）に対して同一の画像処理を行う。即ち、ＤＳＰ８は、全ての画素位置の画像データ（Ｗｈ’i,j〜Ｙｅ’i,j）に対して画像処理を行ため、ステップＳ１３〜ステップＳ２４の処理を繰り返して実行する。
【００７２】
ＤＳＰ８は、ステップＳ２５にて、全ての画素位置（ｉ，ｊ）の画像データに対する画像処理を完了したと判別した場合に、ＣＰＵ７に一連の画像処理の終了を通知するコマンドを送信する（ステップＳ２６）。このとき、第２のメモリ１０には、全ての画素位置の画像処理後のＲＧＢデータ（Ｒi,j〜Ｂi,j）が記憶されている。
【００７３】
ＣＰＵ７は、ＤＳＰ８から、画像処理の終了のコマンドを受信した後、表示部９を制御して、第２のメモリ１０に記憶された画像処理後のＲＧＢデータ（Ｒi,j〜Ｂi,j）を表示部９に表示する。
【００７４】
以上説明したように、この実施の形態にかかるカラー撮像装置は、各画素位置毎に偽色評価を行い、偽色部と判別した場合に、ノイズ成分（偽色）を適切に除去するため、高画質の画像を得ることができる。
【００７５】
上記の実施の形態では、数式４、数式５を用いた補間処理を行っているが、その際の数式４、数式５で用いる周辺の画素数は、任意である。例えば、周辺の画素数を増加させて、高精度の画像データを生成してもよい。また別途係数を加えてもよい。
【００７６】
また、上記の実施の形態では、カラーフィルタの色（画像を構成する色成分）をＷｈ（白）、Ｇ（緑）、Ｃｙ（水色）、Ｙｅ（黄色）としているが、この組み合わせに限定されず、任意に変更可能である。例えば、カラーフィルタとして、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マジェンダ）、Ｃ（シアン），やＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の組み合わせを使用してもよい。
【００７７】
さらに、回転式のカラーフィルタ等を用いて、Ｙ（イエロー）のカラーフィルタを撮像素子３の前面に配置して、Ｙ（イエロー）の画像データを得て、Ｍ（マジェンダ）のカラーフィルタを配置してＭ（マジェンダ）の画像データを得て、さらに、Ｃ（シアン）のカラーフィルタを配置して、Ｃ（シアン）の画像データを取得するなど、画像データを取得するための手法も任意である。
【００７８】
また、画像データを取得するための撮像装置と得られた画像データを補正するための制御回路（補正回路）が一体に構成されている必要はなく、他の場所で撮像されて媒体に格納された画像データを、撮像装置とは別体の補正回路で補正してノイズを除去してもよい。
【００７９】
また、上記の実施の形態では、同じ位置の４色のカラーフィルタに対する画像データを元の画像データと同じ数だけ算出したが、これより少なく、例えば、縦横、共に半分ずつで１／４（つまり、１色のカラーフィルタに対する元の画素データの数と同じ）だけ、デジタルローパスフィルタ等の計算手法を用いて算出してもよい。
本発明は、主に色（差）データに影響することとなる。色（差）データに対する人間の目の解像度は、輝度データ（モノクロームデータ）に対する解像度よりも落ちるため、実質的な影響をあまり与えない。
【００８０】
なお、この発明のカラー撮像装置は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、コンピュータに上述の動作を実行するためのプログラムを格納した媒体（フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等）から該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行するカラー撮像装置を構成することができる。
【００８１】
また、コンピュータにプログラムを供給するための媒体は、通信媒体（通信回線、通信ネットワーク、通信システムのように、一時的に且つ流動的にプログラムを保持する媒体）でも良い。例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ）に該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して配信してもよい。
そして、このプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるカラー撮像装置は、各画素位置毎に、ノイズ成分（偽色）を適切に除去し、高画質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかるカラー撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子３の受光素子とカラーフィルタ２を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかる撮像処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態にかかる画像処理を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態にかかるカラーフィルタ２を通過した光を撮像素子３が撮像し、出力した画像データを示す図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかる補間処理により生成された画像データを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態にかかるカラーフィルタ２を介して撮像素子３に複数色の光を照射したときに得られた画像データの値を示す図である。
【図８】明度５（Ｖ＝５）ＣＩＥ ＬＵＶの色度図を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態にかかる撮像素子３の受光光量と出力画像データとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・撮像レンズ、２・・・カラーフィルタ、３・・・撮像素子、４・・・Ａ／Ｄ部、５・・・第１のメモリ、６・・・キー、７・・・ＣＰＵ、８・・・ＤＳＰ、９・・・表示部、１０・・・第２のメモリ
Claims (4)
- マトリクス状に形成された撮像素子の各画素に対応させてｎ色のうちの何れか１色のカラーフィルタ片が配置されたカラーフィルタを介して前記撮像素子により撮像されることで、ｎ色分の画素データがマトリクス状に配置されて形成された画像データを入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された画像データから暗電流とスミア成分を除去し、これらが除去された画像データに基づき、色成分毎に補間データを生成し各画素位置に対してｎ色分の画素データをそれぞれ求めると共に、各画素位置の輝度を示す輝度データと各画素位置の彩度を示す色差データとを生成する画素データ生成手段と、
周波数の異なる光を順次前記カラーフィルタを介して前記撮像素子に与えた場合に該各光毎に下記（数１）の評価値Ｆをほぼ０とするｎ個の補正係数ｋ１〜ｋｎが事前に設定された該（数１）に、前記画素データ生成手段で求められた各画素位置におけるｎ色の画素データを順次代入して評価値Ｆをそれぞれ求め、求められた評価値Ｆの絶対値が予め設定された基準の範囲内であれば、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別し、範囲内でなければ、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別する評価手段と、
前記画素データ生成手段で生成された輝度データを出力するとともに、前記評価手段でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別された画素位置については前記画素データ生成手段で生成された色差データを出力し、前記評価手段でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別された画素位置については前記画素データ生成手段で生成された色差データの彩度を減少させて出力する手段とを備え、
前記カラーフィルタは、前記ｎ色分のカラーフィルタ片がマトリクス状に配置されており、且つ同色のカラーフィルタ片が各々離間した位置に配置されていることを特徴とするカラー撮像装置。
（数１）
Ｆ＝ｋ１・ｄ１＋ｋ２・ｄ２＋・・・＋ｋｎ・ｄｎ
Ｆ：評価値
ｎ：画像を構成する色成分の数
ｋ１〜ｋｎ：補正係数
ｄ１〜ｄｎ：同一画素位置での各色の画素データ - 前記画素データ生成手段は、前記各画素位置でのｎ色分の画素データを、前記入力手段により入力された画像データに補間法を用いて求めることを特徴とする請求項１に記載のカラー撮像装置。
- 前記カラーフィルタは、白、緑、水色、黄色の４色であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー撮像装置。
- マトリクス状に形成された撮像素子の各画素に対応させてｎ色のうちの何れか１色のカラーフィルタ片が配置されたカラーフィルタを介して前記撮像素子により撮像されることで、ｎ色分の画素データがマトリクス状に配置されて形成された画像データを入力する入力処理と、
前記入力処理により入力された画像データから暗電流とスミア成分を除去し、これらが除去された画像データに基づき、色成分毎に補間データを生成し各画素位置に対してｎ色分の画素データをそれぞれ求める第１の生成処理と、
前記第１の生成処理で求めた画素位置毎のｎ色分の画素データに基づき、各画素位置の輝度を示す輝度データと各画素位置の彩度を示す色差データとを生成する第２の生成処理と、
周波数の異なる光を順次前記カラーフィルタを介して前記撮像素子に与えた場合に該各光毎に下記（数２）の評価値Ｆをほぼ０とするｎ個の補正係数ｋ１〜ｋｎが事前に設定された該（数２）に、前記第１の生成処理で求められた各画素位置におけるｎ色の画素データを順次代入して評価値Ｆをそれぞれ求め、求められた評価値Ｆの絶対値が予め設定された基準の範囲内であれば、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別し、範囲内でなければ、対応する画素位置のｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別する評価処理と、
前記第２の生成処理で生成された輝度データを出力するとともに、前記評価処理でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいないと判別された画素位置については前記第２の生成処理で生成された色差データを出力し、前記評価処理でｎ色の画素データがノイズ成分を含んでいると判別された画素位置については前記第２の生成処理で生成された色差データの彩度を減少させて出力する処理とを含み、前記カラーフィルタは、前記ｎ色分のカラーフィルタ片がマトリクス状に配置されており、且つ同色のカラーフィルタ片が各々離間した位置に配置されていることを特徴とするカラー画像補正方法。
（数２）
Ｆ＝ｋ１・ｄ１＋ｋ２・ｄ２＋・・・＋ｋｎ・ｄｎ
Ｆ：評価値
ｎ：画像を構成する色成分の数
ｋ１〜ｋｎ：補正係数
ｄ１〜ｄｎ：同一画素位置での各色の画素データ
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