JP4265546B2 - 撮像装置、画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents
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Description
Circuit:大規模集積回路)の構成とされた信号処理部11に対して供給される。
より定められたものである。標準色空間に準拠することによってカラー画像の送り側と受け側とが同じ色再現を共有することができる。
"ITU-R BT.709-3, "Basic Parameter Values for the HDTV Standard for the Studio
and for International Programme Exchange" (1998)”
Internationale de I'Eclairage:国際照明委員会)1931として規定されているもので
ある。
大田登, "色彩工学", ISBN: 4-501-61350-5, 東京電機大学出版局(1993)
撮像素子により得られる画像の輝度が第1の輝度領域にあるときは、三原色系および補色系のカラーフィルタを使用して得た撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成し、画像の輝度が第1の輝度領域よりも高い第2の輝度領域にあるときは、三原色系のカラーフィルタを使用して得た撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成する信号処理部
とを備えることを特徴とする撮像装置である。
を備えることを特徴とする画像処理装置である。
この発明は、三原色系および補色系のカラーフィルタを備えた撮像素子により得られる画像の輝度が第1の輝度領域にあるときは、三原色系および補色系のカラーフィルタを使用して得た撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成し、画像の輝度が第1の輝度領域よりも高い第2の輝度領域にあるときは、三原色系のカラーフィルタを使用して得た撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成する画像処理方法である。
B)と感度の高い列(C, G, Y, G)が交互に並んでいる配列である。若し、行ごとに露
光時間を変えて読み出すと、広ダイナミックレンジ読み出しが容易になる。
は、3×5のマトリクス係数を用いて、次の式(3)で表される。
「水倉貴美, 加藤直哉, 西尾研一, "ノイズを考慮したCCDカラーフィルタ分光感度
の評価方法", カラーフォーラムJAPAN2003 論文集, pp.29-32(2003)」
低・中輝度画像データの場合
低感度のR, Bの信号値がある程度大きくなり、ノイズの影響が少なくなり、且つY,
Cの信号値が飽和していない場合は、ハイブリッド撮像素子の全5色の信号値を使用することが可能である。原色系3色に比べて色数が多く、色の分離性の良い5色であるため、色再現性・ノイズ低減性の両面でより優れた画像処理が可能である。
高感度のY, Cの信号値が飽和してしまう場合は、残りのR,G,B3色の信号値で画像を生成する。この状態は、原色系3色撮像素子を使用している場合と同等となり、色再現性・ノイズ低減性は、原色系3色撮像素子と同程度のものとなる。
撮影条件としては、光源は、CIEが定める標準光源D55を使用し、ターゲットはMacbeth Color Checkerとする。カメラ信号処理としては、図13に示すような処理を想定
する。ディジタルスチルカメラの総合特性としての撮像素子のカラーフィルタの分光感度とMacbeth Color Checkerのカラーパッチの分光反射率、そして撮影光源の分光放射輝
度の積を積分して求めたRaw Data41に対し、ホワイトバランス補正処理42で各色デ
ータのレベルを無彩色に対して等しくなるようにゲインを乗じる。
撮影したカメラの出力信号の、人間の眼に対する色差、Delta E(ΔE)値を計算する。カメラRGBはsRGB色空間のデータであると想定するので、対応するL*a*b*値カメラL*a*b*は、709系行列M709等を用いて、図14に示すフローチャートによって計算される。
系行列M70955を用いて、XYZをL*a*b*へ変換する。そして、最終的なカメラL*a*b*56が得られる。
準光源D55の分光放射輝度から計算できる。
撮像素子の出力信号に含まれるノイズのモデルとして、次の式(5)に示す定義式を用いる。この定義式については、下記の参考文献4に記載されている。
"G. C.Holst,"CCD ARRAYS CAMERAS and DISPLAYS 2nd Ed.,"JCD Publishing (1998)"
西尾研一,"CCDカメラの色彩," カラーフォーラム JAPAN '99, pp.143-147(1999)
、bdは、フロアノイズ、すなわち、信号値に依存しないノイズ成分を表す(参考文献4
参照)。
へ伝搬される。以下にノイズの伝搬モデル(下記の参考文献6参照)の概要を示す。
P. D. Burns and R.S.Berns, "Error Propagation Analysis in Color Measurement and Imaging," Col.Res.Appl, Vol.22, pp.280-289 (1997)
、元信号をL*a*b*値に線形変換するための近似行列Mtotalは、次の式(8)で示すもの
となる。
係数であり、視感実験によって得られる実験的・経験的値を使用した。
具体的には、信号処理中のMAT係数を決定する方法である。まず、色再現評価指数ΔEaおよびノイズ評価指数TNaを用いて、CEM(Comprehensive Error Metric)値を
次式(12)に定義する。
上述したCEM値のwc、wnを変化させてMAT係数を算出し、その時の色再現評価指数ΔEaおよびノイズ評価指数TNaを算出する。図15に示すように、結果を横軸にΔEaにとり、縦軸にTNaをとって〔色再現対ノイズ〕のプロットを作成する(以降このプロット図をCN図と適宜呼ぶことにする)。CN図が評価するカラーフィルタセットの実力を示す図となる。
出力信号を算出する。リニアマトリクス係数は、例えばCN図(図16)の☆62に示すwc:wn=1:3の重みの係数を使用する。☆の係数を式(13)に示す。
低輝度領域は、色再現性よりもノイズが少ないことの方が画質の観点から重要な要素である。よって、リニアマトリクス係数は、RGBYC5色の信号値を使用して、ノイズ特性重視の係数を用いる。wc:wn=1:10のポイント(図16の△印63の位置)の係数などが考えられる。係数値を以下に示す。
中輝度画素用のリニアマトリクス係数は、RGBYC5色の信号値を使用して、色再現
性とノイズ特性のバランスが一番良いポイントで決定する。すなわち、CN図において、一番左下の位置の軌跡に乗るような係数を決定する。例えば式(13)に示した、wc:wn=1:3付近のマトリクス係数が考えられる。
高輝度画素用のリニアマトリクス係数は、Y信号およびC信号がかなり飽和してしまっているので、RGB3色の信号値を使用して、色再現性とノイズ特性のバランスが一番良いポイントで決定する。すなわち、CN図において、一番左下の位置の軌跡に乗るような係数を決定する。例えば、wc:wn=1:3のポイント(図16の○印64の位置)の係数が考えられる。係数を以下の式(15)に示す。
ある画素信号が入力されると、その入力信号値から3種類のリニアマトリクス処理(図17中のLM(H)71、LM(M)72、LM(L)73)を経て、輝度レベルごとの信号値が計算される。
37R、37G、37B 赤、緑、青のフィルタの分光感度
42 ホワイトバランス補正処理
43 色変換処理
44 カメラガンマ補正処理
52 sRGBガンマ処理
53 RGBをXYZへ変換する変換処理
54 XYZをL*a*b*へ変換する変換処理
61a ハイブリッド撮像素子の〔色再現対ノイズ〕のプロット
61b 原色系3色撮像素子の〔色再現対ノイズ〕のプロット
61c 補色系4色撮像素子の〔色再現対ノイズ〕のプロット
71 高輝度用のリニアマトリクス処理
72 中輝度用のリニアマトリクス処理
73 低輝度用のリニアマトリクス処理
77,78,79 ゲイン係数a,b,cを乗じる乗算器
Claims (7)
- 三原色系および補色系のカラーフィルタを備えた撮像素子と、
上記撮像素子により得られる画像の輝度が第1の輝度領域にあるときは、上記三原色系および補色系のカラーフィルタを使用して得た上記撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成し、上記画像の輝度が上記第1の輝度領域よりも高い第2の輝度領域にあるときは、上記三原色系のカラーフィルタを使用して得た上記撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成する信号処理部
とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 上記三原色系のカラーフィルタがR(赤)フィルタ、G(緑)フィルタおよびB(青)フィルタであり、上記補色系のカラーフィルタがY(黄)フィルタおよびC(シアン)フィルタである請求項1記載の撮像装置。
- 上記信号処理部は、上記第1の輝度領域において上記画像の輝度が所定の境目よりも低い場合に、ノイズ特性重視の第1のマトリクス係数を使用して三原色信号を生成し、上記第1の輝度領域において上記画像の輝度が上記所定の境目よりも高い場合に、色再現性およびノイズ特性のバランスが良い第2のマトリクス係数を使用して三原色信号を生成する請求項1記載の撮像装置。
- 上記信号処理部は、上記第1の輝度領域において上記画像の輝度が所定の境目よりも低い場合に、ノイズ特性重視の第1のマトリクス係数を使用して三原色信号を生成する第1のマトリクス演算部と、
上記第1の輝度領域において上記画像の輝度が上記所定の境目よりも高い場合に、色再現性およびノイズ特性のバランスが良い第2のマトリクス係数を使用して三原色信号を生成する第2のマトリクス演算部と、
上記第1および第2のマトリクス演算部の出力信号に対してゲイン係数を乗じて加算する混合部と
からなる請求項1記載の撮像装置。 - 上記第1および第2の領域の境界が上記補色系のカラーフィルタに対応した色信号が飽和する輝度レベルに選定された請求項1記載の撮像装置。
- 三原色系および補色系のカラーフィルタを備えた撮像素子により得られる画像の輝度が第1の輝度領域にあるときは、上記三原色系および補色系のカラーフィルタを使用して得た上記撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成し、上記画像の輝度が上記第1の輝度領域よりも高い第2の輝度領域にあるときは、上記三原色系のカラーフィルタを使用して得た上記撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成する信号処理部
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 三原色系および補色系のカラーフィルタを備えた撮像素子により得られる画像の輝度が第1の輝度領域にあるときは、上記三原色系および補色系のカラーフィルタを使用して得た上記撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成し、上記画像の輝度が上記第1の輝度領域よりも高い第2の輝度領域にあるときは、上記三原色系のカラーフィルタを使用して得た上記撮像素子の複数の出力信号をマトリクス演算処理することによって三原色信号を生成する画像処理方法。
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