JP4147098B2 - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像信号の雑音を除去する機能を有する撮像装置等の画像処理装置及び画像処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体技術の進歩により数百万画素を越える撮像素子が開発され、高解像度が要求されるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに使用されている。しかし、画素数が多くなれば、それに比例して撮像素子の画素を読み出すのに要する時間も増大する。
【0003】
そのため、動画撮影を行う場合は実時間で信号処理を終えるべく画素を加算して読み出し、静止画撮影を行う場合には非加算で全画素を読み出すことが一般的に行われており、そのための加算方法が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
その一方で、撮像素子の多画素化により単位受光画素面積が微細になるにしたがって、低照度時における撮像素子の感度特性が悪くなりS/N比が低下するため、雑音除去処理(NR処理)の必要性が増してきている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−36920号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、画像信号に対して雑音除去処理を強く施すとそれに比例してS/N比は向上する反面、画像上で動きのあった箇所に残像が残るなどの画質の劣化が起こってしまう。そのため、なるべく雑音除去処理を施す度合いを低く抑えることが理想的である。
【0007】
一方、撮像素子の画素の加算方法として画素加算が行った場合は、画素を非加算で読み出すときに比べて見かけ上の単位受光画素面積が大きくなり、加算する画素の多さに比例してS/N比が向上するため雑音除去処理は少しで済む。よって画素の加算方式に依存してS/N比の良し悪しが変化するため、それに応じて雑音除去処理を施す度合いも変化させることが必要であった。
【0008】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、画質劣化を伴うことなく効率的に画像信号の雑音除去を行うことができる画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の画像処理装置では、撮影条件に基づいて画素の加算方式を変化させる画像入力手段と、前記画像入力手段からの信号に対して雑音除去を行う雑音除去手段と、前記画素の加算方式に応じて前記雑音除去手段による雑音除去の度合いを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の画像処理方法では、撮影条件に基づいて画素の加算方式を変化させる画像入力ステップと、前記画像入力ステップにて得られた信号に対して雑音除去を行う雑音除去ステップと、前記画素の加算方式に応じて前記雑音除去手段による雑音除去の度合いを制御する制御ステップとを備えたことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0011】
[第1実施形態]
<撮像装置の構成及び動作>
図1は、本発明の第1実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【0012】
同図において、101は撮像素子であるCCD、102はCCD101から出力された信号のクロック成分を除去し連続した信号を生成するためのCDS回路、103は入力信号の利得を自動的に制御するAGC回路、104はアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ、105はA/Dコンバータ104からの信号を画像信号として処理するカメラ信号処理回路、106は雑音除去処理回路(NR処理回路)、107はCCD101を駆動するCCD駆動回路、108はHD信号やVD信号、クロック等の同期信号を発生する同期信号発生回路、109はCCD101の画素の加算方式を選択するためのモードセレクタ、110は選択された画素の加算方式に応じて雑音除去処理回路106の係数を制御する係数制御回路である。
【0013】
次に、本実施形態の動作を説明する。
【0014】
まず、図示されていない操作回路により使用者が静止画撮影や動画撮影など撮影方法を指定すると、その撮影方法に応じてモードセレクタ109において、CCD101の画素の加算方式は加算・非加算のどちらなのか、さらに加算の場合は例えば上下の2列を加算するのか、3列を加算するのかといったような、どのような加算方式であるのかが選択され、同期信号発生回路108に画素の加算方式が入力される。
【0015】
同期信号発生回路108はそれを受けて、加算方式に応じた同期信号をCCD駆動回路107へ入力する。CCD101は、同期信号発生回路108より出力された同期信号、及びクロックに応じてCCD駆動回路107により制御されて画素信号を出力する。
【0016】
これらの動作と同時に、モードセレクタ109は、係数制御回路110にもCCD101の加算方式を入力する。係数制御回路110は、入力されたCCDの加算方式に応じて雑音除去処理の度合いを変えるべく、係数の値を調節して雑音除去処理回路106に入力する。例えば、非加算方式でCCD101が駆動されている時は単位受光画素面積が小さく、S/N比は悪いと考えられるので雑音除去処理の度合いを強くするような係数値を入力し、加算方式でCCD101が駆動されている場合には加算する画素が多い方式ほど雑音除去処理の度合いを弱くするような係数の値を入力する。
【0017】
そして、CCD101から出力された画素信号は、CDS102とAGC103とA/Dコンバータ104で所定の処理を施され、カメラ信号処理回路105において画像信号処理され、さらに雑音除去処理回路106によって雑音除去処理を施されて画像信号として出力される。
【0018】
<雑音除去処理回路(NR処理回路)106の詳細>
図2は、図1に示した構成において雑音除去処理回路(NR処理回路)106の一構成例を示すブロック図である。
【0019】
この雑音除去処理回路106は、カメラ信号処理回路105より出力される画像信号から1フレームもしくは1フィールド遅延された画像信号を差し引く第一の減算器305と、この第一の減算器305から出力される画像信号を絶対値化する絶対値処理回路301と、絶対値処理回路301の出力の上限値を制限するリミッタ302と、リミッタ302の出力信号に定数を掛け合わせる定数乗算器303と、カメラ信号処理回路105より出力される画像信号から定数乗算器303により定数を乗ぜられた画像信号を差し引く第二の減算器306と、前記第二の減算器306の出力である1フレームもしくは1フィールドの画像信号を記憶するメモリ304とを備えている。
【0020】
係数制御回路110は、入力されたCCDの加算方式に応じて、リミッタ302のリミット値と乗算器303の乗算定数をそれぞれに対して設定する。CCD101から出力された画素信号は、CDS102とAGC103とA/Dコンバータ104で上述した各所定の処理が施され、カメラ信号処理回路105において画像信号処理が施される。
【0021】
メモリ304には、1フレームもしくは1フィールド前の画像信号が記憶されている。カメラ信号処理回路105から出力された信号は、減算器305によって、メモリ304から出力された画像信号で減算された後、絶対値処理回路301において絶対値化される。そして、絶対値化された画像信号は、まずリミッタ302において、係数制御回路110が設定したリミット値以上の値はリミット値まで抑えられ、さらに定数乗算器303において、雑音除去処理の度合いを変えるべく係数制御回路110が設定する定数で乗算される。
【0022】
そして、定数乗算器303からの出力信号は、減算器306において、カメラ信号処理回路105からの現信号から減算されてメモリ304に記憶されるとともに外部に出力される。
【0023】
係数制御回路110がリミッタ302及び定数乗算器303に設定する値は、例えば非加算方式でCCD101が駆動されている時はS/N比は悪いと考えられるので、リミッタ定数及び乗算定数ともに高い値を設定して雑音除去処理の度合いを強くするようにし、加算方式でCCD101が駆動されている場合には加算する画素が多い方式ほどリミッタ及び乗算定数ともに低い値を設定して雑音除去処理の度合いを弱くするように設定することが好ましい。
【0024】
図3は、図1に示した構成において雑音除去処理回路(NR処理回路)106の他の構成例を示すブロック図である。
【0025】
この雑音除去処理回路106は、雑音を含んだ画素とその周辺の画素とから中央値を選び出すメディアンフィルタ406と、このメディアンフィルタ406で処理された信号と元の信号を合成する画像合成回路407とから構成されている。
【0026】
カメラ信号処理回路105から出力された画素信号は、メディアンフィルタ406に入力される。そして、メディアンフィルタ406により注目画素とその周辺の画素との間で中央値が求められ、このメディアンフィルタ406の出力信号と現信号を画像合成回路407において画像合成することにより、雑音除去処理が行われる。この時、現信号とメディアンフィルタ406の出力信号との合成比率を変化させることにより、雑音除去を施す度合いを変化させることが可能である。
【0027】
これらの動作と同時に、モードセレクタ109は、係数制御回路110にもCCD101の加算方式を入力する。係数制御回路110は、入力されたCCDの加算方式に応じて雑音除去処理の度合いを変えるべく画像合成回路407の画像合成比を設定する。例えば、非加算方式でCCD101が駆動されている時は単位受光画素面積が小さく、S/N比が悪いと考えられるので、雑音除去処理の度合いを強くするようにメディアンフィルタ406の出力信号が高い割合で反映される画像合成比を入力し、加算方式でCCD101が駆動されている場合には加算する画素が多い方式ほど雑音除去処理の度合いを弱くするように現信号が高い合成割合を占める画像合成比を入力する。
【0028】
本実施形態によれば、撮像素子の画素の加算方式に依存したS/N比の程度に応じて、雑音除去処理を施す度合いを任意に変化させるようにしたので、画質劣化を起こさずに効率的な雑音除去を可能にする。
【0029】
[第2実施形態]
上記第1実施形態においては、雑音除去処理回路106をカメラ信号処理回路105の後段に配置した構成であったが、本実施形態では、図4の構成図に示すように、カメラ信号処理回路105の前段に雑音除去処理回路106を配置するようにしたものである。
【0030】
すなわち、CCD101から出力された画素信号はCDS102とAGC103とA/Dコンバータ104で所定の処理を施され、雑音除去処理回路206によって雑音除去処理を施された後に、カメラ信号処理回路105において画像信号処理を行って画像信号として出力される。
【0031】
このような構成では、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0032】
なお、本発明は撮像装置の形に限らず、上述した実施形態の説明に裏付けられて画像信号の雑音除去の形で同様に実施することができる。また、本発明は、上述した実施形態の装置に限定されず、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、1つの機器から成る装置に適用してもよい。前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体をシステムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、完成されることは言うまでもない。
【0033】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMを用いることができる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOSなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【0034】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、次のプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるCPUなどが処理を行って実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【0035】
[実施態様]
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【0036】
<実施態様1> 所定の条件に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な画像入力回路と、前記画像入力回路からの信号を画像信号として処理する画像信号処理回路と、前記画像信号処理回路により処理された信号に対して雑音除去を行う雑音除去回路と、前記画素の加算方式を選択する選択回路とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
【0037】
<実施態様2> 撮像方法に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な撮像回路と、前記撮像回路からの信号を画像信号として処理する画像信号処理回路と、前記画像信号処理回路により処理された信号に対して雑音除去を行う雑音除去回路と、前記撮像回路の画素の加算方式を選択する選択回路とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【0038】
<実施態様3> 撮像方法に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な撮像回路と、前記撮像回路から出力された信号に対して雑音除去を行う雑音除去回路と、前記雑音除去回路からの信号を画像信号として処理する画像信号処理回路と、前記撮像回路の画素の加算方式を選択する選択回路とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【0039】
<実施態様4> 前記選択回路に連動して前記雑音除去回路の係数を制御する係数制御回路を備えたことを特徴とする実施態様2または3記載の撮像装置。
【0040】
<実施態様5> 前記雑音除去回路は、前記画像信号処理回路より出力される画像信号から1フレームもしくは1フィールド遅延された画像信号を差し引く第一の減算器と、前記第一の減算器から出力される画像信号を絶対値化する絶対値処理回路と、前記絶対値処理回路の出力の上限値を制限するリミッタと、前記リミッタの出力信号に定数を掛け合わせる乗算器と、前記画像信号処理回路より出力される画像信号から前記乗算器により定数を乗ぜられた画像信号を差し引く第二の減算器と、前記第二の減算器の出力である1フレームもしくは1フィールドの画像信号を記憶するメモリとを備えたことを特徴とする実施態様2乃至実施態様4記載の撮像装置。
【0041】
<実施態様5> 前記雑音除去回路は、雑音を含んだ画素とその周辺の画素とから中央値を選び出すメディアンフィルタと、前記メディアンフィルタで処理された信号と元の信号を合成する画像合成回路とから構成したことを特徴とする実施態様2乃至実施態様4記載の撮像装置。
【0042】
<実施態様6> 所定の条件に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な画像入力工程と、前記画像入力工程からの信号を画像信号として処理する画像信号処理工程と、前記画像信号処理工程により処理された信号に対して雑音除去を行う雑音除去工程と、前記画素の加算方式を選択する選択工程とを有することを特徴とする画像処理方法。
【0043】
<実施態様7> 撮像方法に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な撮像工程と、前記撮像工程からの信号を画像信号として処理する画像信号処理工程と、前記画像信号処理工程により処理された信号に対して雑音除去を行う雑音除去工程と、前記撮像工程の画素の加算方式を選択する選択工程とを備えたことを特徴とする撮像装置の画像処理方法。
【0044】
<実施態様8> 撮像方法に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な撮像工程と、前記撮像工程から出力された信号に対して雑音除去を行う雑音除去工程と、前記雑音除去工程からの信号を画像信号として処理する画像信号処理工程と、前記撮像工程の画素の加算方式を選択する選択工程とを備えたことを特徴とする撮像装置の画像処理方法。
【0045】
<実施態様9> 所定の条件に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な画像入力ステップと、前記画像入力ステップからの信号を画像信号として処理する画像信号処理ステップと、前記画像信号処理ステップにより処理された信号に対して雑音除去を行う雑音除去ステップと、前記画素の加算方式を選択する選択ステップとを含む制御プログラムを提供することを特徴とする媒体。
【0046】
<実施態様10> 撮像方法に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な撮像ステップと、前記撮像ステップからの信号を画像信号として処理する画像信号処理ステップと、前記画像信号処理ステップにより処理された信号に対して雑音除去を行う雑音除去ステップと、前記撮像ステップの画素の加算方式を選択する選択ステップとを含む制御プログラムを提供することを特徴とする媒体。
【0047】
<実施態様11> 撮像方法に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な撮像ステップと、前記撮像ステップから出力された信号に対して雑音除去を行う雑音除去ステップと、前記雑音除去ステップからの信号を画像信号として処理する画像信号処理ステップと、前記撮像ステップの画素の加算方式を選択する選択ステップとを含む制御プログラムを提供することを特徴とする媒体。
【0048】
<実施態様12> 所定の条件に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な画像入力ステップと、前記画像入力ステップからの信号を画像信号として処理する画像信号処理ステップと、前記画像信号処理ステップにより処理された信号に対して雑音除去を行う雑音除去ステップと、前記画素の加算方式を選択する選択ステップとを有することを特徴とする制御プログラム。
【0049】
<実施態様13> 撮像方法に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な撮像ステップと、前記撮像ステップからの信号を画像信号として処理する画像信号処理ステップと、前記画像信号処理ステップにより処理された信号に対して雑音除去を行う雑音除去ステップと、前記撮像ステップの画素の加算方式を選択する選択ステップとを有することを特徴とする制御プログラム。
【0050】
<実施態様14> 撮像方法に応じて画素の加算方式を変化させることが可能な撮像ステップと、前記撮像ステップから出力された信号に対して雑音除去を行う雑音除去ステップと、前記雑音除去ステップからの信号を画像信号として処理する画像信号処理ステップと、前記撮像ステップの画素の加算方式を選択する選択ステップとを有することを特徴とする制御プログラム。
【0051】
【発明の効果】
以上の説明したように本発明によれば、画質劣化を伴うことなく効率的に画像信号の雑音除去を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示した構成において雑音除去処理回路(NR処理回路)106の詳細の一例を示すブロック図である。
【図3】図1に示した構成において雑音除去処理回路(NR処理回路)106の他の例を示すブロック図である。
【図4】本発明の第二実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
101 CCD
102 CDS
103 AGC
104 A/Dコンバータ
105 カメラ信号処理回路
106,206 雑音除去処理回路
107 CCD駆動回路
108 同期信号発生回路
109 モードセレクタ
110 係数制御回路
301 絶対値処理回路
302 リミッタ
303 乗算器
304 メモリ
305,306 減算器
406 メディアンフィルタ
407 画像合成回路
Claims (5)
- 撮影条件に基づいて画素の加算方式を変化させる画像入力手段と、
前記画像入力手段からの信号に対して雑音除去を行う雑音除去手段と、
前記画素の加算方式に応じて前記雑音除去手段による雑音除去の度合いを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 前記制御手段は、前記画素の加算方式において加算数が多い方式ほど前記雑音除去の度合いを弱くすることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記雑音除去手段は、前記画像入力手段より出力される信号から1フレームもしくは1フィールド遅延された信号を差し引く第一の減算器と、前記第一の減算器から出力される信号を絶対値化する絶対値処理手段と、前記絶対値処理手段の出力の上限値を制限するリミッタと、前記リミッタの出力信号に定数を掛け合わせる乗算器と、前記画像入力手段より出力される信号から前記乗算器により定数を乗ぜられた信号を差し引く第二の減算器と、前記第二の減算器の出力である1フレームもしくは1フィールドの信号を記憶するメモリとを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。
- 前記雑音除去手段は、雑音を含んだ画素とその周辺の画素とから中央値を選び出すメディアンフィルタと、前記メディアンフィルタで処理された信号と元の信号を合成する画像合成手段とから構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。
- 撮影条件に基づいて画素の加算方式を変化させる画像入力ステップと、
前記画像入力ステップにて得られた信号に対して雑音除去を行う雑音除去ステップと、
前記画素の加算方式に応じて前記雑音除去手段による雑音除去の度合いを制御する制御ステップとを備えたことを特徴とする画像処理方法。
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